[发明专利]一种纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统及方法

摘要

本发明提供一种纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统及方法，方法包括：携带有纳米陶瓷粉末的高压氩气经过氩气雾化通道汇集到环形输气管的喷射孔，并向下喷出而形成携带有纳米陶瓷粉末的气幕，并连续汇集到锥顶的位置，与钛合金棒材滴落的液体进行碰撞，使钛合金液滴在锥顶的位置被打散而形成钛合金球形细粉；同时，高压气体中均匀分散的纳米陶瓷粉末被打入钛合金球形细粉中，并均匀分散到打散后形成的钛合金球形细粉中，最终形成均匀分布有纳米陶瓷粉末的钛合金球形细粉。优点为：本发明可制备得到纳米陶瓷颗粒深入到钛合金粉体内部的增强型钛合金粉末，并且，细粉收得率较高，从而满足特定领域的需求。

主权项

1.一种基于纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统的纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备方法，其特征在于，纳米陶瓷增强型钛合金粉末的制备系统包括：氩气雾化设备、纳米陶瓷粉末输送装置、氩气雾化通道和高频感应线圈；/n所述氩气雾化设备包括环形输气管(1)，所述环形输气管(1)的表面均匀排列若干个喷射孔(2)，各个所述喷射孔(2)的出气方向为斜向下方向，并且，各个所述喷射孔(2)的出气方向汇聚到一个锥顶(3)的位置；所述环形输气管(1)还具有进气孔，所述进气孔与所述氩气雾化通道相连；所述氩气雾化通道与所述纳米陶瓷粉末输送装置相连；所述高频感应线圈位于所述环形输气管(1)的正下方，并且，所述高频感应线圈的中心的延长线与所述锥顶(3)相交；/n制备方法包括以下步骤：/n步骤1，将预制备好的纳米陶瓷粉末装入纳米陶瓷粉末输送装置中；将钛合金棒材固定安装于高频感应线圈的中心位置，使钛合金棒材的轴向延长线通过锥顶(3)的位置；/n步骤2，随后，氩气雾化设备进行预抽真空处理，在此预抽真空处理中，纳米陶瓷粉末输送装置也被预抽真空达0.1Pa以下；/n步骤3，启动高频感应线圈，同时，使氩气雾化通道向环形输气管(1)输送高压氩气；/n一方面，钛合金棒材向下运行，并且，向下运行的钛合金棒材的末端通过高频感应线圈的感应电流熔化成连续液滴向下滴落；另一方面，由于高压氩气与纳米陶瓷粉末输送装置中的纳米陶瓷粉末相通，因此，携带有纳米陶瓷粉末的高压氩气经过氩气雾化通道汇集到环形输气管(1)的喷射孔(2)，并向下喷出而形成携带有纳米陶瓷粉末的气幕，并连续汇集到锥顶(3)的位置，与钛合金棒材滴落的液体进行碰撞，使钛合金液滴在锥顶(3)的位置被打散而形成钛合金球形细粉；同时，高压气体中均匀分散的纳米陶瓷粉末被打入钛合金球形细粉中，并均匀分散到打散后形成的钛合金球形细粉中，最终形成均匀分布有纳米陶瓷粉末的钛合金球形细粉；/n其中，所述纳米陶瓷粉末为单一成分的纳米陶瓷粉末，或者为至少两种纳米陶瓷粉末形成的混合纳米陶瓷粉末；/n步骤3中，通过调节氩气雾化通道的压力与纳米陶瓷粉末输送装置中的纳米陶瓷粉末重量，控制携带有纳米陶瓷粉末的高压氩气的喷出流量，进而调节最终制备得到的分布有纳米陶瓷粉末的钛合金球形细粉中纳米陶瓷粉末的体积分数，获得具有不同增强效果和不同性能的合金粉体；/n其中，所述纳米陶瓷粉末为TiC或TiN；/n其中，步骤3中，钛合金棒材向下运行速度为15-40mm/min；高频感应线圈的功率为40-80KW；纳米陶瓷粉末的输送流量为50-300g/min；高压氩气的压力为2-6Mpa；采用的纳米陶瓷粉末原料的粒度为50-200nm；/n在纳米陶瓷粉末喷射出来的过程中，有两种主要变化：一是在具有较大气压的氩气流中解开团聚，使纳米陶瓷粉末得到了较为充分的分散；二是在氩气流构成的气幕中最终汇聚到气幕圆锥的顶点，并且与滴落下来的钛合金液流进行碰撞，进入钛合金液流内部，并且通过气流的雾化分散作用被分割形成球形粉末；这样，纳米陶瓷粉末能够均匀分布到钛合金球形粉末中，而没有进入到钛合金粉末中的陶瓷粉末也可以均匀分散粘附到钛合金粉末的表面，作为卫星粉；/n存在于钛合金球形粉末内部的陶瓷颗粒居多，外部表面的卫星粉为少量；此类卫星粉在随后的铺粉式激光熔化3D打印成形中，陶瓷粉末颗粒能够通过激光熔化均匀析出分布在钛合金的微观组织结构中，成为第二项弥散强化的主要贡献，提高钛合金高温强度。/n