微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用射頻等離子技術(shù)制備微細(xì)球形鈦粉的方法及其制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有高比強(qiáng)、耐熱耐蝕性好、生物兼容性好等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療、體育用品等領(lǐng)域。在制備形狀復(fù)雜的鈦合金零件時(shí)，近凈成形技術(shù)(增材制造、注射成型)是最有競(jìng)爭(zhēng)力的方法，這些零件成型技術(shù)大幅提高了材料利用率，減少了零件制備周期。但這些技術(shù)要求原料粉末粒度小、氧含量低、流動(dòng)性好。由于鈦是高活性高熔點(diǎn)金屬，鈦粉制備時(shí)極易被污染和氧化，普通制粉方法難以制備低氧含量的微細(xì)球形鈦粉，因此提供一種制備微細(xì)球形鈦粉的方法是很重要的。
[0003]目前制備球形金屬鈦粉末的方法主要有電極感應(yīng)熔煉氣霧化法(EIGA)、等離子炬氣霧化法、等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP)、以HDH粉為原料的射頻等離子法等。感應(yīng)熔煉氣霧化法細(xì)粉收得率低、粉末中有細(xì)微空洞。以HDH粉為原料的射頻等離子法原料粉末氧含量難以控制。等離子氣霧化法采用直流弧等離子炬，但直流弧等離子體法的主要缺陷是其電極燒損、引入雜質(zhì)，而且電極必須定時(shí)更換，影響設(shè)備系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。等離子旋轉(zhuǎn)電極法難以獲得細(xì)球形鈦粉。
以鈦絲為原料的射頻(RF)等離子體霧化法則克服了以上缺點(diǎn)。目前還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法及裝置。
[0005]本發(fā)明的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn):
微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法，包括如下步驟，
51、以鈦絲為原料，通過送絲機(jī)進(jìn)入等離子高溫區(qū)，采用射頻等離子技術(shù)將鈦絲進(jìn)行高溫加熱融化處理，所述射頻等離子技術(shù)保持工作系統(tǒng)抽真空至1X10—3pa下沖入氬氣后進(jìn)行；且所述系統(tǒng)維持泄漏率小于lpa/h;
52、經(jīng)過射頻等離子技術(shù)處理后的鈦絲再經(jīng)過高壓氬氣霧化處理；
53、最終制得微細(xì)球形鈦粉，所述微細(xì)球形鈦粉的球化率大于85%，粒度為10?75um，氧含量在600?1800ppm。
[0006]優(yōu)選地，所述SI中送絲機(jī)的送絲速率為25cm/min?200cm/min。
[0007]優(yōu)選地，所述SI中射頻等離子體工藝參數(shù)為:功率30?100KW，工作氬氣流量I?5m3/h，壓力0.I?0.5MPa，保護(hù)氣體流量3?10 m3/h，壓力0.I?0.5MPa ；系統(tǒng)壓力50?80KPa。
[0008]優(yōu)選地，所述S2步驟中霧化的氬氣壓力為I?50MPa，流量為30?500m3/h。
[0009]優(yōu)選地，所述鈦絲的直徑為0.5?10mm，且所述鈦絲在進(jìn)入送絲機(jī)之前進(jìn)行除超聲除油清洗。
[0010]優(yōu)選地，所述的用于微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備的裝置，包括， 送絲機(jī)，用于將鈦絲原料送進(jìn)下一程序；
射頻等離子系統(tǒng)，用于將鈦絲進(jìn)行等離子高溫加熱融化，所述射頻等離子系統(tǒng)的入口端與送絲機(jī)的出料端連接；
反應(yīng)室，用于鈦絲的球化，所述反應(yīng)室的入口端設(shè)置有霧化系統(tǒng)，所述霧化系統(tǒng)的入口端與射頻等離子系統(tǒng)的出口端連接;所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有氣粉過濾器，且所述反應(yīng)室上設(shè)置有用于排放氣體的氣體管道。
[0011 ]優(yōu)選地，所述等離子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有等離子槍，所述等離子槍頂端設(shè)置有動(dòng)密封裝置。
[0012]優(yōu)選地，所述裝置還包括設(shè)置于反應(yīng)室下端用于收集鈦粉的粉末收集罐。
[0013]本發(fā)明突出效果為:將射頻等離子技術(shù)和氣霧化技術(shù)結(jié)合，利用射頻等離子體快速加熱融化鈦絲產(chǎn)生鈦液滴，再利用高壓氣體霧化，最后能得到低氧含量微細(xì)球形鈦粉。
[0014]以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明揭示了一種用于微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備的裝置，如圖1所示，包括，
送絲機(jī)2，用于將原料鈦絲I送進(jìn)下一程序;一般所述鈦絲的直徑為0.5-10mm。
[0017]射頻等離子系統(tǒng)3，用于將鈦絲I進(jìn)行等離子高溫加熱融化;所述射頻等離子系統(tǒng)的入口端與送絲機(jī)2的出料端連接;所述等離子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有等離子槍，所述等離子槍頂端設(shè)置有動(dòng)密封裝置。
[0018]反應(yīng)室5，用于鈦絲的球化，所述反應(yīng)室5的入口端設(shè)置有霧化系統(tǒng)4，所述霧化系統(tǒng)4的入口端與射頻等離子系統(tǒng)3的出口端連接;所述反應(yīng)室5內(nèi)設(shè)置有氣粉過濾器，且所述反應(yīng)室5上設(shè)置有用于排放氣體的氣體管道6。所述霧化系統(tǒng)4內(nèi)設(shè)置有環(huán)狀氣霧化噴嘴。
[0019]所述反應(yīng)室5下端還設(shè)置有用于收集鈦粉的粉末收集罐(圖中未示意)。
[0020]以上裝置也可以用于鎢、鉬、鉭、鈮等難熔金屬粉末的制備。
[0021]采用以上裝置制備微細(xì)球形鈦粉的方法，包括如下步驟，
51、以鈦絲為原料，通過送絲機(jī)進(jìn)入等離子高溫區(qū)，采用射頻等離子技術(shù)將鈦絲進(jìn)行高溫加熱融化處理，所述射頻等離子技術(shù)保持工作系統(tǒng)抽真空至1X10—3pa下沖入氬氣后進(jìn)行；且所述系統(tǒng)維持泄漏率小于lpa/h;
52、經(jīng)過射頻等離子技術(shù)處理后的鈦絲再經(jīng)過高壓氬氣霧化處理；
53、最終制得微細(xì)球形鈦粉，所述微細(xì)球形鈦粉的球化率大于85%，粒度為10-75um，氧含量在600-1800ppm。
[0022]所述SI中送絲機(jī)的送絲速率為25cm/min—200cm/min。
[0023]所述SI中射頻等離子體工藝參數(shù)為:功率30-100KW，工作氬氣流量1-5 m3/h，壓力0.I?0.5MPa，保護(hù)氣體流量3-10 m3/h，壓力0.I?0.5MPa，系統(tǒng)壓力50_80KPa。
[0024]所述S2步驟中霧化的氬氣壓力為l_50MPa，流量為30_500m3/h。
[0025]以下結(jié)合具體制備氧含量小于lOOOppm，平均粒度30um的球形TC4鈦粉為例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施步驟:
選擇氧含量800ppm，絲徑2mm的盤卷TC4鈦絲，為保證最后鈦粉的潔凈，所述原料鈦絲要求做過超聲除油清洗。一般，原料鈦絲氧含量比成品粉末氧含量要求低均可實(shí)現(xiàn)最終要求。
[0026]把料盤裝入熔絲機(jī)構(gòu)內(nèi)，通過送絲機(jī)構(gòu)引絲至等離子槍內(nèi)。整個(gè)系統(tǒng)抽真空至1X10—3pa，再充入高純氬氣。
[0027]開啟水環(huán)栗抽真空至30KP，點(diǎn)火，調(diào)節(jié)建立穩(wěn)定的射頻等離子體，其主要工藝參數(shù)為:功率60KW，工作氬氣流量2方/小時(shí)，壓力0.2Pa，保護(hù)氣體流量5方/小時(shí)，壓力0.2Pa，保持系統(tǒng)壓力70KPa，開啟高壓氬氣霧化，霧化的壓力為40bar，流量為20m3/h。
[0028]開始送絲，送絲速率為lOOcm/min，反應(yīng)得到鈦及鈦合金粉球化率為90%，鈦粉粒度D50 為 38um，氧含量在 1200ppm。
[0029]由于低氧含量的鈦絲原料更容易獲得，射頻等離子加熱快速且潔凈無污染，鈦絲融化后能得到小的初始液滴，再通過高壓氬氣霧化可得到粒度可控的微細(xì)球形鈦粉，所述粒度的控制可通過等離子體工參數(shù)(功率、工作氬氣流量及壓力、保護(hù)氣體流量及壓力、系統(tǒng)壓力)、霧化參數(shù)(壓力及流量)和送絲速度，絲徑來具體控制。該法成本低、氧含量低、球化率高，球形度好，生產(chǎn)的球形鈦粉能滿足增材制造和注射成型技術(shù)的要求。
[0030]本發(fā)明的裝置和方法可實(shí)現(xiàn)高真空、連續(xù)工業(yè)化條件下生產(chǎn)鈦及鈦合金粉末，滿足3D打印技術(shù)、M頂、熱等靜壓技術(shù)、熱噴涂技術(shù)及傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅茆伡扳伜辖鸱勰┑氖袌?chǎng)需求。
[0031]本發(fā)明尚有多種實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法，其特征在于:包括如下步驟， 51、以鈦絲為原料，通過送絲機(jī)進(jìn)入等離子高溫區(qū)，采用射頻等離子技術(shù)將鈦絲進(jìn)行高溫加熱融化處理，所述射頻等離子技術(shù)保持工作系統(tǒng)抽真空至1X10—3Pa下沖入氬氣后進(jìn)行；且所述系統(tǒng)維持泄漏率小于lpa/h; 52、經(jīng)過射頻等離子技術(shù)處理后的鈦絲再經(jīng)過高壓氬氣霧化處理； 53、最終制得微細(xì)球形鈦粉，所述微細(xì)球形鈦粉的球化率大于85%，粒度為10?75um，氧含量在600?1800ppm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法，其特征在于:所述SI中送絲機(jī)的送絲速率為25cm/min?200cm/mino3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法，其特征在于:所述SI中射頻等離子體工藝參數(shù)為:功率30?100KW，工作氬氣流量I?5 1113/11，壓力0.1?0.510^;保護(hù)氣體流量3?10 m3/h，壓力0.I?0.5MPa;系統(tǒng)壓力50?80KPa。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法，其特征在于:所述S2步驟中霧化的氬氣壓力為I?50MPa，流量為30?500m3/h。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法，其特征在于:所述鈦絲的直徑為0.5?10mm，且所述鈦絲在進(jìn)入送絲機(jī)之前進(jìn)行除超聲除油清洗。6.如權(quán)利要求1所述的用于微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備的裝置，其特征在于:包括， 送絲機(jī)，用于將鈦絲原料送進(jìn)下一程序； 射頻等離子系統(tǒng)，用于將鈦絲進(jìn)行等離子高溫加熱融化，所述射頻等離子系統(tǒng)的入口端與送絲機(jī)的出料端連接； 反應(yīng)室，用于鈦絲的球化，所述反應(yīng)室的入口端設(shè)置有霧化系統(tǒng)，所述霧化系統(tǒng)的入口端與射頻等離子系統(tǒng)的出口端連接;所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有氣粉過濾器，且所述反應(yīng)室上設(shè)置有用于排放氣體的氣體管道。7.如權(quán)利要求6所述的用于微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備的裝置，其特征在于:所述等離子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有等離子槍，所述等離子槍頂端設(shè)置有動(dòng)密封裝置。8.如權(quán)利要求6所述的用于微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備的裝置，其特征在于:所述裝置還包括設(shè)置于反應(yīng)室下端用于收集鈦粉的粉末收集罐。
【專利摘要】本發(fā)明揭示了微細(xì)球形鈦粉的射頻等離子制備方法及其裝置，以鈦絲為原料，通過送絲機(jī)進(jìn)入射頻等離子系統(tǒng)，將鈦絲進(jìn)行高溫加熱融化處理，經(jīng)過射頻等離子技術(shù)處理后的鈦絲再經(jīng)過高壓氬氣霧化處理；最終制得微細(xì)球形鈦粉，所述微細(xì)球形鈦粉的球化率大于85%，粒度為10～75um，氧含量在600～1800ppm。本發(fā)明突出效果為：將射頻等離子技術(shù)和氣霧化技術(shù)結(jié)合，利用射頻等離子體快速加熱融化鈦絲產(chǎn)生鈦液滴，再利用高壓氣體霧化，最后能得到低氧含量微細(xì)球形鈦粉。
【IPC分類】B22F1/00, B22F9/08
【公開號(hào)】CN105618771
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610061951
【發(fā)明人】徐衛(wèi), 葉高英, 蒲鋒
【申請(qǐng)人】蘇州英納特納米科技有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日