[发明专利]钛或钛合金粉末的制备装置、制备方法及其应用

说明书

本发明实施例公开了一种钛或钛合金粉末的制备装置、制备方法及其应用，包括雾化喷盘固定顶板、雾化喷盘；雾化喷盘固定顶板与雾化喷盘同轴设置；正极钛或钛合金丝电极、负极钛或钛合金丝电极于输送给进孔的出口端接触构成熔化中心，雾化喷盘具有主雾化气流喷口以及辅助保护气流喷口；经主雾化气流喷口喷出的雾化气流在输送给进孔的出口端汇聚形成雾化中心，雾化中心与熔化中心重合。本发明实施例采用熔化装置与雾化装置紧耦合设计(熔化中心与雾化中心重合)，实现了液滴产生与雾化过程瞬间同步进行，最大限度的降低钛金属液从熔化状态到雾化状态的热损失，保证了钛或钛合金液雾化的过热度，实现钛或钛合金雾化粉末具有更高细粉收得率、更窄粒度分布的优势。

技术领域

本发明实施例涉及粉末冶金技术领域，特别涉及一种钛或钛合金粉末的制备装置、制备方法及其应用。

背景技术

目前3D打印技术越来越多的在航空、航天、医疗等领域得到了工业化应用推广。钛或钛合金凭借自身具有低密度、高比强度、高耐热性能等性能优势，广泛用于航空、航天及冶金、轻工、医疗等领域。利用3D打印技术，可以有效的解决钛或钛合金机械加工困难的问题。然而，3D打印技术要求粉末具有高球形度、窄粒度分布、低氧含量、流动性好等技术指标。目前，3D打印用球形钛或钛合金粉末的制备方法主要包括等离子火炬雾化法、电极感应熔化气雾化法、等离子旋转电极法、和高频感应熔化金属丝、电弧熔丝法等。

专利US 5707419公开了一种等离子火炬雾化制备技术，该技术制备的粉末粒度分布较窄，D50为40μm。但其生产效率很低，加上其设备昂贵、能耗大等问题，无法实现大规模的产业化应用；德国ALD公司专利DE4102101A1公开了一种电极感应熔化气雾化制备技术，采用无坩埚技术，有效地解决了传统坩埚熔炼钛合金过程中原料污染等问题，制备的粉末球形度好，但其连续化生产效率低，制备的粉末粒度分布偏粗(D50约为150μm)，不适用于高端精密3D打印制造要求；美国专利US 5147448公开了一种离子旋转电极制备方法，该方法制备的钛或钛合金粉末纯净度高，无污染、含氧量低、球形度高、粒度分布窄。但其仍存在连续化生产效率差、制备粉末粒度粗(75-200μm)，生产成本高的问题。专利CN104475744A公开了一种高频感应熔化金属丝气雾化法制备球形钛或钛合金粉末技术，其雾化效果不佳，粉末粒度为30-100μm，细粉收得率较低。采用非限制式雾化方式，气流能量损失较大，成本高。专利CN 107282936 A公开了一种电弧熔丝法制备金属粉末技术，其雾化制备的金属粉末粒度分布不集中(5-300μm)，成产效率低。同时，为了获得粒度更细的金属粉末，需要保证喷射气体高压力、大流量才能实现，在制备钛合金粉末时，惰性气体的消耗量极大，且不能循环利用，生产成本高，不利于工业化应用推广。专利CN 107900366 A、CN 107900367 A公开的技术方案制备的钛合金粉粒度分布较为理想，但依然存在喷射用惰性气体因需满足高压力、大流量导致的惰性气体消耗量大、生产成本高的问题，限制其产业化推广。

综上所述，本领域技术人员亟需提供一种球形度好、粒度分布集中、制粉效率高、生产成本低的钛或钛合金粉末的制备装置及其制备工艺。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种钛或钛合金粉末的制备装置、制备方法及其应用，使得钛或钛合金粉末的球形度好、粒度分布集，且其制粉效率高，生产成本大幅度下降。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种钛或钛合金粉末的制备装置，包括雾化喷盘固定顶板、雾化喷盘、正极钛或钛合金丝电极、负极钛或钛合金丝电极；雾化喷盘固定顶板与所述雾化喷盘同轴设置，雾化喷盘固定顶板和雾化喷盘上设有用于输送正极钛或钛合金丝电极、负极钛或钛合金丝电极的输送给进孔；正极钛或钛合金丝电极、负极钛或钛合金丝电极于输送给进孔的出口端接触构成熔化中心，雾化喷盘具有主雾化气流喷口以及辅助保护气流喷口；经主雾化气流喷口喷出的雾化气流在输送给进孔的出口端汇聚形成雾化中心，雾化中心与熔化中心重合。

本发明的实施例还提供了一种采用上述钛或钛合金粉末的制备装置制备钛或钛合金粉末的方法，该方法包括如下步骤：