[发明专利]一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用

权利要求书

1.一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将海绵钛颗粒和海绵锆颗粒混合后进行熔炼，得到高纯钛锆合金铸锭，得到的钛锆合金铸锭纯度以质量分数计不小于99.95％；

步骤2：对所述高纯钛锆合金铸锭进行均匀化真空退火处理，得到成分均匀的钛锆合金铸锭；

步骤3：将所述成分均匀的钛锆合金铸锭破碎为颗粒，破碎在手套箱中进行操作，采用氩气作为保护气体，经破碎后得到粒径为2mm-5mm的钛锆合金颗粒，进行氢化处理，对氢化处理得到的吸氢钛锆合金进行球磨处理，得到粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末，其中，球磨气氛为按物质的量比为1-4：1混合的氢气和氩气，混合气体压力为0.2MPa-0.8MPa，球料比为10-20：1，装填比为1/3-2/3，转速为500r/min-1000r/min，球磨时间5h-20h；

步骤4：将所述粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末送入感应等离子体炬芯部高温区，使粉末脱氢裂解、熔融，熔融合金在表面张力作用下球化；

步骤5：将球化的熔融合金冷却固化，得到高纯致密球形钛锆合金粉末。

2.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤1中海绵钛及海绵锆的纯度以质量百分比计不小于99.9％。

3.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤1中采用真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉对所述海绵钛颗粒和海绵锆颗粒进行熔炼，其中所述真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉中熔炼气氛为氩气环境，系统工作压力为30kPa-70kPa；熔炼过程开始后，先以50kW-60kW的低功率将所述海绵钛颗粒和海绵锆颗粒混合料预热至350℃-400℃，随后提升功率至150kW-200kW，并以恒定功率熔炼5min-10min；熔炼结束后，将冷却的钛锆合金铸锭除去表皮并翻转，反复熔炼3-5次。

4.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的均匀化真空退火处理，真空度≤5×10^-3Pa，均匀化退火温度为800℃-1100℃，退火时间为1h-3h。

5.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤3中钛锆合金颗粒的氢化处理气氛为氢气，氢气压力为0.5MPa-1.0MPa，氢化温度为700℃-900℃，氢化时间为1h-3h。

6.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤4中所述感应等离子体炬功率为30kW-100kW；工作气体为氩气，流量为20slpm-40slpm；边气为氩气，流量为100slpm-400slpm；感应等离子体炬运行的系统压力为50kPa-98kPa。

7.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤4中通过载气将所述粒径小于100μm的吸氢钛锆合金粉末送入等离子体炬芯部高温区，所述载气为氩气，载气流量为1slpm-10slpm；吸氢钛锆合金粉末的送粉速率为10g/min-50g/min。

8.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤5中所述熔融合金在氩气气氛、温度不超过30℃的环境下冷却固化，冷却速度不小于1×10⁴K/s。

9.根据权利要求1所述的高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤5中形成高纯致密球形钛锆合金粉末粒径范围为10μm-50μm，球化率大于90％，纯度以质量分数计大于99.99％。

10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备的高纯致密球形钛锆合金粉末在3D打印、粉末冶金以及热喷涂领域中的应用。