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简单了解钛粉的制备工艺技术

      钛及其合金具有密度低、比强度高、耐热性好、耐腐蚀等优良性能,在航空航天、造船工艺、化工、机械制造、硬质合金等方面均有广阔的应用前景。但是传统的钛冶金具有工艺周期长、能耗大、利用率低等缺点,导致钛合金成本高、价格较贵,限制了其广泛应用。因此,降低钛及钛合金成本是进一步扩大钛的应用的重要途径。


      粉末冶金法的近净成形、能耗低、材料利用率高等优势使其有望成为今后钛冶金工业的主要发展方向之一,钛粉的质量及成本对其粉末冶金产品质量极为重要。此外,钛粉还广泛用作铸铝细化剂、吸气剂、烟花爆竹、金属构件表面改质剂、铝合金添加剂、生产钛化合物的原料等。


      目前国内外制取钛粉的方法很多,主要有机械合金化、氢化脱氢法(HDH)、雾化法、金属热还原法和熔盐电解法。


钛粉的制备工艺


1.机械合金化


机械合金化是金属或者合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间的激烈冲击、碰撞,使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂,导致粉末原子间扩散,从而获得粉末的一种粉末制备工艺。机械合金化制备钛及钛合金粉末,是将钛基化合物或混合粉末与研制介质(通常需要加入少量的工艺控制剂)装入高能球磨机中(充氩气保护)进行研磨,研磨过程中粉末颗粒经过反复焊接-断裂-焊接的连续过程,不断磨细并逐渐混合,制取粒度很细的粉末。这种工艺的优点是研磨的物料可按任意比例搭配,可以制备合金料,也可以制备单一金属粉末。


2.氢化脱氢法


氢化脱氢法(HDH)是利用钛与氢的可逆特性制备钛粉的一种工艺,钛吸氢后产生脆性,经机械破碎制成氢化钛粉,再将其在真空条件下高温脱氢制取钛粉。此工艺生产的钛粉粒度范围宽、成本低、对原料要求低,目前已经成为国内外生产钛粉的主要方法,但该方法所制备钛粉的O、N含量较高。近年来,国内外对制备低成本低氧含量钛粉的研究日益活跃。


3.雾化法


雾化法是一种将液态金属或合金流破碎成微小熔滴,随后在环境中冷却凝固得到金属粉末的方法,目前雾化法制备钛粉主要有气体雾化法和离心雾化法。


3.1气体雾化法


气体雾化法一般是在坩埚内将原料熔化,通过坩埚底部的喷嘴用高速气体将产生的金属熔液喷射呈喷雾状,冷凝后生成金属粉末。


3.2离心雾化法


离心雾化法制取钛粉是借助旋转所产生的离心力将金属破碎,并以雾状液滴甩出,之后凝固得到高纯度的球形钛粉。目前,离心雾化法主要包括旋转电极法(REP)、等离子旋转电极法和电子束旋转盘法(EBRD)等。


离心雾化法制得的钛粉为球形,表面光洁,较为致密,流动性好,粒度分布较窄,且粉末粒度可通过旋转电极的转速来调整。与气体雾化制备的粉末相比,旋转电极工艺制备的粉末没有雾化球形钛粉中常见的伴生相,粉末粒度更加均匀,但采用此法生产的钛粉成本高,目前一般用于航空航天领域。


4.金属热还原法


传统的制备钛粉的金属热还原法主要有TiO2钙热还原法和TiCl4金属热还原法。TiO2钙热还原法是在高温下通过金属钙还原TiO2制备钛粉;TiCl4金属还原法包括镁还原法(Kroll法)和钠还原法(Hunter法)。镁还原法制备钛粉主要是制备海绵钛生产过程中产生的等外钛粉,因杂质成分含量多,极少专门用于钛粉生产;钠还原法制备的钛粉产品纯度高,特别是氧、氮、铁、碳杂质含量低,流动性好,是有前途的生产钛粉的方法之一。


5.熔盐电解法


与其他活性金属类似,电解法制备钛粉必须在熔盐介质中进行。传统的熔盐电解法是在熔盐中溶解钛盐。美国Dow-Howmet和Timet曾分别建造了2条电解生产线,但因不能控制钛与氯的逆反应而终止。目前意大利Ginatta公司在托里诺市建造了大型试验工厂继续研究此工艺,提出了无隔膜氯化电解法、氟化法。

文章分类: 行业新闻
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