[发明专利]一种小粒度钛粉的降氧方法

说明书

本发明涉及一种小粒度钛粉的降氧方法，其包括如下步骤：1）将钛粉和纯水在杯中超声并搅拌均匀，静置2‑8min，倒去杯中的液体，并将杯内剩余的钛粉烘干；2）将步骤1）所得钛粉和钙颗粒按质量比3‑5：1置于上部设有筛网的不锈钢坩埚中，钙颗粒放于坩埚底部，钛粉平铺于筛网上，利用钙蒸汽进行脱氧；3）脱氧结束后，当降至室温时取出钛粉，分别用盐酸、纯水洗涤，即得。本发明方法可用于费氏粒度在6‑20μm、氧含量2000‑8000ppm的小粒度钛粉脱氧，且钙颗粒的添加量较少，大大降低了生产成本。

技术领域

本发明属于稀有金属材料技术领域，具体涉及一种低成本小粒度钛粉的降氧方法。

背景技术

金属钛在航空航天领域、化工领域、冶金领域、医学领域以及新兴电子行业都有着不可替代的作用，其自身的特殊性能，近年来帮助人类解决了许多重大工程问题，因此国内外对于钛的研究越来越宽泛与深入。

目前，钛制品的制备方法主要包括熔炼铸造法和粉末冶金法。但熔炼铸造法对材料的利用率较低且需要反复锻压和热处理等，生产成本较高。而粉末冶金法由于其较高的生产效率，较低的成本以及近净成形技术，近年来已广泛应用于集成电路、3D打印以及溅射靶材等领域。但由于钛的亲氧性较高，而钛粉由于较大的比表面积更容易氧化，这使得钛粉的氧含量一般大于2000ppm，而钛粉中较高的氧含量在粉末冶金过程中又难以除去，这将严重影响粉末冶金制品的质量，故需要对钛粉进行降氧处理。

通常，钛粉降氧的方法包括：

1）钛粉的热还原降氧：钛粉的热还原降氧主要是利用合适的还原剂和钛粉中的氧发生氧化还原反应，从而达到降低钛粉氧含量的目的。首先，我们知道钛粉中的氧包括两部分，即钛粉表面氧化物中所含有的氧以及钛粉内部的固溶氧，故可从这两个方面入手来降低钛粉中的氧含量。在这里还原剂的选择首先要满足几个条件：所选还原剂的氧化物在热力学上应该比钛的最低氧化物更稳定；不适宜使用在钛中溶解度大的还原剂或与钛形成复合能力强的还原剂；所选还原剂的脱氧能力应较强。综合以上几个因素，镁的还原能力不够强，还需后续的脱氧过程，此外，MgO的酸浸速度过慢，不适合大规模生产；碳是常见的还原剂之一，但由于其生成的TiC引入了部分碳元素且在后期处理中难以去除，故一般不采用；钙的还原能力足够强，可以直接对钛及钛的氧化物进行还原，理论上在1173 - 1373 k可以将钛中的氧降至300 -730 ppm。同时，当温度为1155 -1600k时，Ca在β-Ti的溶解度也低至50到200ppm，因此钙是合适的还原剂。

当采用钙对钛粉进行降氧时，钛中氧的去除主要有两种机制：去除钛表面的氧化层以及去除钛内部的固溶氧，其机理如图1所示，即钙先对钛粉表面的氧化物进行还原，其次随着钛粉表面氧浓度的降低，钛粉中固溶的氧会扩散到钛粉表面形成新的钛氧化物再次与钙发生还原反应，最终达到钛粉降氧效果。

2）钛粉的熔盐电解法降氧：熔盐电解法是利用电化学原理制取纯钛的一种方法。该方法是以粗钛、钛合金或钛化合物作阳极，在一定析出电位下使原料钛溶入电解液中，并在阴极析出高纯钛。电解过程中溶出电位比钛高的杂质留在阳极上或沉淀在电解液中，溶出电位比钛低的杂质也同钛一起溶入电解液中。

L．P．Polyakova 等人对 NaCl+KCl+K₂TiF₆熔盐系电解法的基本原理进行了详细研究，并制取了含氧量较低的高纯钛。此外，山本仁通过改进电解槽结构来防止电极不纯物的溶出，制取了纯度达到 99.999% 的高纯钛。熔盐电解法采用的熔盐系虽有差异，目前主要以 NaCl-LiCl-KCl 熔盐系为主。熔盐电解法制备高纯钛虽然具有操作连续、成本低、除重金属杂质元素效果好等优点，但也存在熔体易污染、电解槽结构复杂、产量低等缺点。总体而言，采用熔盐电解法不易大规模制取高纯钛，实际生产中熔盐电解法主要作为一种精炼方法，即利用海绵钛作为阳极进行熔盐电解。