[发明专利]一种用于海绵钛氢化的真空炉装置及其氢化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备钛粉的装置及其制备方法，特别是涉及一种制备低氧含量钛粉的真空炉以及利用此真空炉进行钛粉氢化的方法。

技术背景

钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强、高温下抗蠕变性能好、焊接性能优良、生物相容性优异等优点。但是海绵钛无法直接使用，因此，用于粉末冶金技术需要海绵钛粉深加工而成的钛粉。海绵钛有很大的吸气性，在氢化过程中，会与从炉盖、连接管道的法兰和阀门渗入的空气中的氧气、氮气以及水蒸气发生反应，导致致命的危害就是氧含量增大而降低钛粉的质量。

钛行业发展的巨大推动力来自航空、航天等国防军工需求。从早期的不计成本，到现在许多超轻、超薄、复杂精密零件，以及钛材料的耐高温、耐腐蚀等优良性能，使之有巨大的需求量。同时，对技术的依赖程度与日俱增，粉末冶金、注模成形已成为加工满足要求精密零部件的主要工艺手段。这直接导致对粉末材料的品质也有新的要求：比如，低氧含量高质量粉末是可用的必要条件，因此在军事技术装备的发展中有重要的应用价值和作用。

当海绵钛粉氢化处理时，钛在吸氢过程中，随着溶入氢量的增加，其基体的晶格常数逐渐增大，并引起点阵的弹性畸变，造成体积增大。氢化钛晶体之所以被解理，正是由于它的各个方向联结力的强度变化所致。当钛和氢生成TiH2后，体积比基体膨胀15%，并使基体的晶格发生严重的扭曲变形，产生了内应力。当晶界处析出的氢化物形成连续的网状结构时，产生了连续的拉伸内应力，这种拉伸内应力远远大于金属键力，使金属的塑性遭到破坏。氢化钛是脆性相，当受到外力锤击时很容易解理，甚至在氢化过程中热胀冷缩力也使其自裂粉碎。

所以，我们需要在钛氢化处理的过程中降低氧含量，保证钛粉加工的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效防止海绵钛在氢化过程中氧含量增加的真空炉装置，另一个目的是提供一种利用上述装置进行海绵钛氢化处理的方法，能大幅缩短氢化时间，节约生产成本，同时保证了钛粉的低含氧量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于海绵钛氢化的真空炉装置，包括内部中空且上端开口的炉墙，炉墙内壁上设置有加热装置，炉罐管从炉墙上端放入，炉罐管顶端的炉盖上设置有起吊环，充氢管穿过炉盖插入到炉罐管内部放置的海绵钛粉中，炉罐管与外部抽真空系统连接。

所述炉罐管外壁与炉墙上端开口接触的部位设置有防止内部热量散失的隔热屏，所述充氢管插入到海绵钛粉部分的壁上开设有多个均匀分布的小孔。

所述加热装置为多个，分布在炉墙内的侧壁和底部，且每一个加热装置与一个用于监控其温度变化和控制其功率的热电偶连接。

一种利用上述真空炉装置进行海绵钛氢化的方法，包括下列步骤：

a、将待加工的海绵钛粉装入炉罐管内，相应检查其它辅助设备是否完好，准备启动开机；

b、开启外部抽真空系统，在预定时间内，真空度达到10^-2-10^-3Pa，同时开启加热装置，当热电偶监控到温度快速升温到270℃-320℃时，向炉罐管内通入氢气；

c、氢与海绵钛粉发生反应，加热至630℃-670℃并保温1.5-2.5个小时，氢气压强保持在0.15-0.25MPa，随后开始降温至280℃-320℃后，中止通氢气；

d、当冷却到180℃-220℃时，通过起吊环将炉罐管吊离炉墙，并将炉罐管冷却至室温，同时，将装好待氢化处理海绵钛粉的炉罐管放置在未完全冷却的炉墙里，进行下一批海绵钛粉氢化。

从上述本发明的各项技术特征可以看出，其优点是：本发明采用高效节能的真空炉罐式装置加设电加热装置，大幅缩短氢化时间，有效防止海绵钛在氢化过程中氧含量的增加，本发明节约了生产成本，充分利用了炉墙的余热，缩短了生产周期，具有很好的应用推广价值。

附图说明

本发明将通过附图比较以及结合实例的方式说明：

图1是本发明真空炉装置的的结构剖视示意图；

图2是本发明加热装置分布示意图；

图3是本发明充氢管结构示意图；

其中附图标记1是炉墙    2是加热装置     3是炉罐管

4是炉盖     5是起吊环      6是充氢管   7是海绵钛粉

8是抽真空系统    9是隔热屏    10是小孔    11是热电偶。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明做进一步的说明：

优选实施例