[發明專利]一種小粒度鈦粉的降氧方法

有效

• 申請號: 202010585128.4
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111558713B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 楊凱軍;孫高秋;郭政;李慶奎;吳小超;王成鐸;何季麟
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: B22F1/145
• 分類號: B22F1/145;B22F1/14;B22F1/142
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 楊海霞

本發明涉及一種小粒度鈦粉的降氧方法，其包括如下步驟：1）將鈦粉和純水在杯中超聲并攪拌均勻，靜置2?8min，倒去杯中的液體，并將杯內剩余的鈦粉烘干；2）將步驟1）所得鈦粉和鈣顆粒按質量比3?5：1置于上部設有篩網的不銹鋼坩堝中，鈣顆粒放于坩堝底部，鈦粉平鋪于篩網上，利用鈣蒸汽進行脫氧；3）脫氧結束后，當降至室溫時取出鈦粉，分別用鹽酸、純水洗滌，即得。本發明方法可用于費氏粒度在6?20μm、氧含量2000?8000ppm的小粒度鈦粉脫氧，且鈣顆粒的添加量較少，大大降低了生產成本。

技術領域

本發明屬于稀有金屬材料技術領域，具體涉及一種低成本小粒度鈦粉的降氧方法。

背景技術

金屬鈦在航空航天領域、化工領域、冶金領域、醫學領域以及新興電子行業都有著不可替代的作用，其自身的特殊性能，近年來幫助人類解決了許多重大工程問題，因此國內外對于鈦的研究越來越寬泛與深入。

目前，鈦制品的制備方法主要包括熔煉鑄造法和粉末冶金法。但熔煉鑄造法對材料的利用率較低且需要反復鍛壓和熱處理等，生產成本較高。而粉末冶金法由于其較高的生產效率，較低的成本以及近凈成形技術，近年來已廣泛應用于集成電路、3D打印以及濺射靶材等領域。但由于鈦的親氧性較高，而鈦粉由于較大的比表面積更容易氧化，這使得鈦粉的氧含量一般大于2000ppm，而鈦粉中較高的氧含量在粉末冶金過程中又難以除去，這將嚴重影響粉末冶金制品的質量，故需要對鈦粉進行降氧處理。

通常，鈦粉降氧的方法包括：

1）鈦粉的熱還原降氧：鈦粉的熱還原降氧主要是利用合適的還原劑和鈦粉中的氧發生氧化還原反應，從而達到降低鈦粉氧含量的目的。首先，我們知道鈦粉中的氧包括兩部分，即鈦粉表面氧化物中所含有的氧以及鈦粉內部的固溶氧，故可從這兩個方面入手來降低鈦粉中的氧含量。在這里還原劑的選擇首先要滿足幾個條件：所選還原劑的氧化物在熱力學上應該比鈦的最低氧化物更穩定；不適宜使用在鈦中溶解度大的還原劑或與鈦形成復合能力強的還原劑；所選還原劑的脫氧能力應較強。綜合以上幾個因素，鎂的還原能力不夠強，還需后續的脫氧過程，此外，MgO的酸浸速度過慢，不適合大規模生產；碳是常見的還原劑之一，但由于其生成的TiC引入了部分碳元素且在后期處理中難以去除，故一般不采用；鈣的還原能力足夠強，可以直接對鈦及鈦的氧化物進行還原，理論上在1173 - 1373 k可以將鈦中的氧降至300 -730 ppm。同時，當溫度為1155 -1600k時，Ca在β-Ti的溶解度也低至50到200ppm，因此鈣是合適的還原劑。

當采用鈣對鈦粉進行降氧時，鈦中氧的去除主要有兩種機制：去除鈦表面的氧化層以及去除鈦內部的固溶氧，其機理如圖1所示，即鈣先對鈦粉表面的氧化物進行還原，其次隨著鈦粉表面氧濃度的降低，鈦粉中固溶的氧會擴散到鈦粉表面形成新的鈦氧化物再次與鈣發生還原反應，最終達到鈦粉降氧效果。

2）鈦粉的熔鹽電解法降氧：熔鹽電解法是利用電化學原理制取純鈦的一種方法。該方法是以粗鈦、鈦合金或鈦化合物作陽極，在一定析出電位下使原料鈦溶入電解液中，并在陰極析出高純鈦。電解過程中溶出電位比鈦高的雜質留在陽極上或沉淀在電解液中，溶出電位比鈦低的雜質也同鈦一起溶入電解液中。

L．P．Polyakova 等人對 NaCl+KCl+K₂TiF₆熔鹽系電解法的基本原理進行了詳細研究，并制取了含氧量較低的高純鈦。此外，山本仁通過改進電解槽結構來防止電極不純物的溶出，制取了純度達到 99.999% 的高純鈦。熔鹽電解法采用的熔鹽系雖有差異，目前主要以 NaCl-LiCl-KCl 熔鹽系為主。熔鹽電解法制備高純鈦雖然具有操作連續、成本低、除重金屬雜質元素效果好等優點，但也存在熔體易污染、電解槽結構復雜、產量低等缺點。總體而言，采用熔鹽電解法不易大規模制取高純鈦，實際生產中熔鹽電解法主要作為一種精煉方法，即利用海綿鈦作為陽極進行熔鹽電解。