[发明专利]基于特殊离心雾化盘的制球形钛合金细粉的方法和装置

说明书

本发明研制了一种耐1800℃高温液体钛合金的高速磨损微污染有益且耐热冲击及高温强度和润湿足够的硼化钛离心雾化盘，基于此雾化盘提供了一种硼化钛高速雾化盘制球形钛合金细粉的设备及方法。该设备包括送料装置、熔化用环形感应线圈、高速电机、液钛高温高速高强离心雾化盘、离心雾化室、冷却装置、抽真空装置、惰性气体汇流排及粉末收集装置。本发明优点：硼化钛离心雾化盘能耐高速熔融液钛合金的侵蚀，具有优良的耐高温和稳定性，且此离心雾化盘极少对制得钛合金粉造成污染，雾化盘中微量的硼元素污染对制得的钛合金粉有益，可以细化钛合金晶粒，增加强度，提高韧性。

技术领域

本发明属于金属及合金粉末制备技术领域，具体而言，研制了一种耐1800℃高温液体钛合金的高速磨损微污染有益且耐热冲击及高温强度和润湿足够的硼化钛离心雾化盘，基于此雾化盘提供了一种硼化钛高速雾化盘制球形钛合金细粉的设备及方法（Titanium Boride High Speed Disk Centrifugal Atomization of Titanium Powder，简称TBHSD-CATP方法）。

背景技术

钛及钛合金自20世纪50年代起逐渐被人知晓，由于其优良的强度、耐腐蚀性、耐热性等特点让世界上许多国家认识到钛合金材料的重要性，各国对其研究开发，现今被广泛用于各个领域，如航天航空、化工、医疗等。

目前钛及钛合金粉末的制备方法主要有：等离子旋转电极法和气体雾化法。等离子旋转电极法是采用等离子枪将高速旋转的原料棒熔化，并使液滴在离心作用下飞出，由于表面张力的作用形成球形粉末。该方法制备的粉末由于动密封问题及棒料的长度限制了棒料的转速，制备的粉末粒度较粗，无法大量制备球形细粉。钛合金气体雾化法是利用高压惰性气流将产生的金属熔汤喷射呈喷雾状，冷却后形成粉末。由于生产过程中需要使用大量高压惰性气体持续喷射，一来粉末有气孔，二来粉末球形度不够，三则粉末含氧量高。

当前在制备钛粉的技术中，全世界还没有实现用离心雾化法来批量制备常用的45微米以下细钛粉。目前所用的离心雾化盘无法耐高温，只能用于制备熔点较低的金属粉末如铝粉、铜粉，而钛熔点为1668℃左右；无法耐热冲击及高温强度，在处于高温下超高转速长时间运转，离心雾化盘易开裂、破碎；易与钛合金熔汤反应，污染钛合金熔汤，导致无法制得高纯度细钛粉；润湿不够，润湿角大，不利于冷却成形后制得球形细钛粉。目前对于细钛粉的应用越来越广泛，导致细钛粉需求量大，而气体雾化法制备细钛粉存在诸多不足、离心雾化法无法制备细钛粉，现在急需一种特殊的雾化盘来实现采用离心雾化法制备细钛粉。

发明内容

离心雾化法制备球形钛合金细粉的技术关键在于离心雾化盘。本发明在研制液钛高温高速高强雾化盘过程中遇到诸多问题，离心雾化盘在制粉过程中处于1800℃高温下以超高转速长时间运转，钛在高温时又易与各种元素及化合物发生反应，因此雾化盘需满足：（1）耐1800℃高温；（2）与钛合金熔汤反应极少；（3）耐1800℃热冲击及高温强度；（4）足够润湿，润湿角小，易于冷却成形。由于钛粉熔点为1668℃左右且钛在高温时活性高，易与离心雾化盘反应，会污染熔汤，故无法采用纯金属材质的离心雾化盘。为解决高熔点及污染熔汤问题，考虑少量钇元素的污染可以细化钛合金晶粒，增加强度、提高韧性，且耐1800℃高温需要陶瓷，故选择氧化钇陶瓷作为离心雾化盘材料，但氧化钇无法做成离心雾化盘形状，最终选择以钨作为基体、氧化钇作为喷涂层。纯钨基体上的氧化钇涂层喷涂难度很大。钨基氧化钇涂层盘经钛合金熔化实验发现，以氧化钇作为喷涂层的雾化盘在高温下因为与基体钨金属热胀系数不同从而容易开裂、破碎，并不适合做离心雾化盘材料。在陶瓷材料中能成形作为零件且和钛合金熔汤反应产生极少污染、此污染对制钛粉有利的前提下，反复论证后考虑可以用硼化钛陶瓷替代氧化钇陶瓷。硼化钛中硼元素原子量低，产生极少硼元素污染且微量硼元素污染对钛粉有益，可以细化钛合金晶粒，增加强度、提高韧性。硼化钛离心雾化盘经钛合金雾化试验得出硼化钛的离心雾化盘制得的钛合金粉末含硼小于0.1%，纯度高、球形度好、粉末粒度集中且雾化盘没有开裂。