[发明专利]高球形度及低氧增量钛合金粉末的制备方法及系统

说明书

本发明提供一种高球形度及低氧增量钛合金粉末的制备方法和系统，采用高洁净度的钛合金丝材和棒料为原料，在惰性气氛保护下，高能量的等离子热源加热丝材，熔融的金属液滴滴落至高速旋转的棒料端面，被离心力甩出，沿飞行轨迹依次经历球化、凝固、冷却等阶段，没有高速射流的冲击下，有效避免了颗粒急冷以及次生气流的干涉导致的卫星粉、异形粉、空心粉等缺陷；制粉及筛分后处理全过程在惰性气氛保护下进行，有效限制了粉末氧增量，有利于获得球形度高、氧增量低的钛合金粉末。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体而言涉及一种高球形度及低氧增量钛合金粉末的制备方法及系统。

背景技术

钛合金增材制造及粉末冶金近净成形技术得到日益广泛的关注，特别是在大型复杂结构件的加工制造领域，而球形钛合金粉末是上述技术的关键原材料，其品质的好坏，从根本上决定了钛合金制件的性能高低。

球形钛合金粉末常用的制备方法为气雾化法，以电极感应熔炼惰性气体雾化法（EIGA）为代表，其制得的粉末具有粒度分布宽，细粉收得率较高，制造成本相对较低等优点，但该方法下中间粒度段(53-150μm或53-250μm)粉末存在卫星粉、异形粉、空心粉等缺陷比例相对较高，恶化粉末工艺性能，限制了其在激光熔融沉积以及粉末冶金热等静压工艺中的应用。

公开号为CN114192790A的中国专利公开了一种球形钛及钛合金粉末制备装置和方法，通过大直径高速旋转轮与钛及钛合金熔池接触，依靠离心力将熔体甩出，并凝固成球形钛金属粉末。该方法采用旋转轮将熔体甩出换热制得粒度细、空心率低、球形度高、氧含量低的球形钛或钛合金粉末，解决现有球形钛及钛合金的制备方法，粉末含氧量、空心率以及杂质含量均高的问题。但该方法得到的钛及钛合金粉末的球形度最高只达到93%，对于对构件质量要求严格的领域，该种粉末的球形度难以满足需求。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种高球形度及低氧增量钛合金粉末的制备系统，包括：

传动系统，设有进料传动室，所述进料传动室的侧壁上设有通气管路，用于向传动系统和雾化系统内持续通入惰性气体，维持传动系统和雾化系统的压力需求；

所述进料传动室内设有钛合金棒料及用于驱动钛合金棒料转动的驱动机构，所述钛合金棒料沿中心方向设有贯穿的通孔，作为钛合金丝材的进给通道；

所述钛合金棒料的一端位于进料传动室内，钛合金棒料的另一端延伸至雾化系统内，钛合金丝材通过丝材进给机构穿过所述通孔进给至雾化系统内部，到达钛合金棒料的工作端面；

雾化系统，设有雾化室，所述钛合金棒料的另一端延伸至雾化室内，作为工作端面，并与雾化室内设有的等离子发生装置相对应；

所述等离子发生装置具有设置在雾化室内的等离子枪，用于在雾化室内部形成等离子炬，所述等离子枪的中心与所述通孔位于同一水平；

所述雾化室的侧壁设有泄压装置，惰性气体通过通气管路和等离子发生装置进入传动系统和雾化系统，并通过泄压装置，使进料传动室和雾化室内的气体形成循环，并使进料传动室和雾化室内的压力保持在预设范围内；

进给至雾化室内的钛合金丝材经等离子炬熔化产生金属液，达到至高速旋转的钛合金棒料的工作端面上之后，在离心力的作用下，并在设定压力的条件下沿所述工作端面的边缘被甩出，得到细小的金属液滴，在雾化室内的惰性气氛下飞行，获得高球形度及低氧增量的粉末。

优选地，所述驱动机构包括第一传动辊组，通过所述第一传动辊组驱动钛合金棒料转动。

优选地，所述丝材进给机构包括第二传动辊组，通过第二传动辊组将钛合金丝材进给至钛合金棒料，并穿过所述通孔进给至雾化系统内部。

优选地，所述第二传动辊组包括转向辊和动力矫直辊，钛合金丝材通过所述转向辊转换进给方向，并通过动力矫直辊保证丝材平整稳定的进料。