[发明专利]一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法。

背景技术

球形钛及钛合金粉末因其流动性好、气孔夹杂少、杂质含量低等优点，是高性能粉末冶金钛及钛合金近净成型制造加工的重要基础原料。航空用发动机零部件、汽车用增压TiAl涡轮、医用植入体钛合金产品等，以3D打印技术为代表的新型快速成型装备及工艺技术(激光快速制造、电子束选区熔化技术)均对球形钛及钛合金粉末的需求成倍增长。

真空感应熔炼气雾化法制备的球形钛及钛合金粉末具有纯度高、成本相对低廉、氧含量低、球形度高、细粉收得率高等优点，是目前制备球形钛及钛合金粉末应用最广泛的技术之一。申请号为201210520110.1和201410687649.5的专利中已经详细地介绍了球形钛合金粉末的制备方法和装置。另外，因具备导热系数高、耐高温等特点，石墨成为现有气雾化技术中所用导流管材质的主要选择之一。但是，采用石墨材质导流管进行气雾化的过程中普遍存在一个问题，即在高温下金属熔融液流流经导流管内部时易与石墨发生反应从而发生碳化，最终导致成品粉末碳含量大幅增加(碳含量＞0.02wt.％)，这将严重影响粉末的综合性能，其影响对于钛及钛合金粉末而言尤为明显。然而，在现有关于气雾化技术的研究中，还没有一项报道提出能够控制气雾化粉末间隙元素含量(比如碳含量)的有效措施或手段。因此，为了降低雾化钛及钛合金粉末的碳含量，从而提高相应粉末冶金钛及钛合金制品的综合性能，亟待一种能够防止碳污染的球形钛及钛合金粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法。该方法操作过程简单、生产效率高、可连续雾化，所制备的钛及钛合金粉末受污染风险降低、粉末增碳率有效降低至少50％以上，能够满足工业生产对高品质球形钛及钛合金粉末的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法，其特征在于，该方法所采用的真空感应熔炼气雾化设备包括熔炼室、雾化室和收集罐，所述熔炼室内设置有水冷铜坩埚和石墨导流管，所述水冷铜坩埚的下部与石墨导流管的上部相连通，所述石墨导流管的下部与雾化室的上部相连通，所述雾化室的下部与收集罐相连通，所述雾化室内的下部设置有分流板；该方法包括以下步骤：

步骤一、将第一陶瓷粉末和无水乙醇按质量比1∶(0.01～0.1)混合均匀，得到防碳化涂料，然后将所述防碳化涂料均匀涂覆于石墨导流管的内壁上部，干燥后得到防碳化涂层；

步骤二、采用导流内芯对石墨导流管内壁中未涂覆防碳化涂层的部位进行保护，具体过程为：

步骤201、根据石墨导流管内壁中未涂覆防碳化涂层部位的形状和尺寸设计并制作模具；

步骤202、将第二陶瓷粉末加入步骤201所制作的模具中进行压制，得到压坯，然后对所述压坯进行烧结，得到导流内芯；所述导流内芯与石墨导流管相适配；

步骤203、将步骤202中所述导流内芯装入石墨导流管中；

步骤三、将步骤二中涂覆有防碳化涂层且装有导流内芯的石墨导流管装入熔炼室中，将钛或钛合金原料加入水冷铜坩埚中，然后采用氩气为雾化气体，在钛或钛合金原料的熔炼温度为1750℃～1900℃，熔炼室内的真空度不大于5bar，雾化室内的气体压力为20bar～100bar的条件下进行真空感应熔炼气雾化处理，在收集罐中得到钛或钛合金球形粉末。

上述的一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法，其特征在于，所述分流板的形状为倒V形。

上述的一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法，其特征在于，步骤一中所述第一陶瓷粉末为Al₂O₃粉、ZrO₂粉或Y₂O₃粉。

上述的一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法，其特征在于，步骤202中所述第二陶瓷粉末为TiB₂粉、BN粉、TiC粉、TiN粉或Al₂O₃粉。

上述的一种钛及钛合金球形粉末的真空感应熔炼气雾化制备方法，其特征在于，步骤三中所述钛合金为TC4钛合金、Ti600钛合金或TA7钛合金。

本发明与现有技术相比具有以下优点：