微细球形钛粉的射频等离子制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了微细球形钛粉的射频等离子制备方法及其装置，以钛丝为原料，通过送丝机进入射频等离子系统，将钛丝进行高温加热融化处理，经过射频等离子技术处理后的钛丝再经过高压氩气雾化处理；最终制得微细球形钛粉，所述微细球形钛粉的球化率大于85%，粒度为10～75um，氧含量在600～1800ppm。本发明专利技术突出效果为：将射频等离子技术和气雾化技术结合，利用射频等离子体快速加热融化钛丝产生钛液滴，再利用高压气体雾化，最后能得到低氧含量微细球形钛粉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用射频等离子技术制备微细球形钛粉的方法及其制备装置。
技术介绍
钛合金具有高比强、耐热耐蚀性好、生物兼容性好等优良特性，广泛应用于航空航天、汽车、医疗、体育用品等领域。在制备形状复杂的钛合金零件时，近净成形技术（增材制造、注射成型）是最有竞争力的方法，这些零件成型技术大幅提高了材料利用率，减少了零件制备周期。但这些技术要求原料粉末粒度小、氧含量低、流动性好。由于钛是高活性高熔点金属，钛粉制备时极易被污染和氧化，普通制粉方法难以制备低氧含量的微细球形钛粉，因此提供一种制备微细球形钛粉的方法是很重要的。目前制备球形金属钛粉末的方法主要有电极感应熔炼气雾化法（EIGA）、等离子炬气雾化法、等离子旋转电极法（PREP）、以HDH粉为原料的射频等离子法等。感应熔炼气雾化法细粉收得率低、粉末中有细微空洞。以HDH粉为原料的射频等离子法原料粉末氧含量难以控制。等离子气雾化法采用直流弧等离子炬，但直流弧等离子体法的主要缺陷是其电极烧损、引入杂质，而且电极必须定时更换，影响设备系统的连续稳定运行。等离子旋转电极法难以获得细球形钛粉。以钛丝为原料的射频(RF)等离子体雾化法则克服了以上缺点。目前还未见报道。
技术实现思路
鉴于现有技术存在上述缺陷，本专利技术的目的在于提供微细球形钛粉的射频等离子制备方法及装置。本专利技术的目的，将通过以下技术方案得以实现：微细球形钛粉的射频等离子制备方法，包括如下步骤，S1、以钛丝为原料，通过送丝机进入等离子高温区，采用射频等离子技术将钛丝进行高温加热融化处理，所述射频等离子技术保持工作系统抽真空至1X10-3pa下冲入氩气后进行；且所述系统维持泄漏率小于1pa/h；S2、经过射频等离子技术处理后的钛丝再经过高压氩气雾化处理；S3、最终制得微细球形钛粉，所述微细球形钛粉的球化率大于85%，粒度为10～75um，氧含量在600～1800ppm。优选地，所述S1中送丝机的送丝速率为25cm/min～200cm/min。优选地，所述S1中射频等离子体工艺参数为：功率30～100KW，工作氩气流量1～5m3/h，压力0.1～0.5MPa，保护气体流量3～10m3/h，压力0.1～0.5MPa；系统压力50～80KPa。优选地，所述S2步骤中雾化的氩气压力为1～50MPa，流量为30～500m3/h。优选地，所述钛丝的直径为0.5～10mm，且所述钛丝在进入送丝机之前进行除超声除油清洗。优选地，所述的用于微细球形钛粉的射频等离子制备的装置，包括，送丝机，用于将钛丝原料送进下一程序；射频等离子系统，用于将钛丝进行等离子高温加热融化，所述射频等离子系统的入口端与送丝机的出料端连接；反应室，用于钛丝的球化，所述反应室的入口端设置有雾化系统，所述雾化系统的入口端与射频等离子系统的出口端连接；所述反应室内设置有气粉过滤器，且所述反应室上设置有用于排放气体的气体管道。优选地，所述等离子系统内设置有等离子枪，所述等离子枪顶端设置有动密封装置。优选地，所述装置还包括设置于反应室下端用于收集钛粉的粉末收集罐。本专利技术突出效果为：将射频等离子技术和气雾化技术结合，利用射频等离子体快速加热融化钛丝产生钛液滴，再利用高压气体雾化，最后能得到低氧含量微细球形钛粉。以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式本专利技术揭示了一种用于微细球形钛粉的射频等离子制备的装置，如图1所示，包括，送丝机2，用于将原料钛丝1送进下一程序；一般所述钛丝的直径为0.5-10mm。射频等离子系统3，用于将钛丝1进行等离子高温加热融化；所述射频等离子系统的入口端与送丝机2的出料端连接；所述等离子系统内设置有等离子枪，所述等离子枪顶端设置有动密封装置。反应室5，用于钛丝的球化，所述反应室5的入口端设置有雾化系统4，所述雾化系统4的入口端与射频等离子系统3的出口端连接；所述反应室5内设置有气粉过滤器，且所述反应室5上设置有用于排放气体的气体管道6。所述雾化系统4内设置有环状气雾化喷嘴。所述反应室5下端还设置有用于收集钛粉的粉末收集罐（图中未示意）。以上装置也可以用于钨、钼、钽、铌等难熔金属粉末的制备。采用以上装置制备微细球形钛粉的方法，包括如下步骤，S1、以钛丝为原料，通过送丝机进入等离子高温区，采用射频等离子技术将钛丝进行高温加热融化处理，所述射频等离子技术保持工作系统抽真空至1X10-3pa下冲入氩气后进行；且所述系统维持泄漏率小于1pa/h；S2、经过射频等离子技术处理后的钛丝再经过高压氩气雾化处理；S3、最终制得微细球形钛粉，所述微细球形钛粉的球化率大于85%，粒度为10-75um，氧含量在600-1800ppm。所述S1中送丝机的送丝速率为25cm/min—200cm/min。所述S1中射频等离子体工艺参数为：功率30-100KW，工作氩气流量1-5m3/h，压力0.1～0.5MPa，保护气体流量3-10m3/h，压力0.1～0.5MPa，系统压力50-80KPa。所述S2步骤中雾化的氩气压力为1-50MPa，流量为30-500m3/h。以下结合具体制备氧含量小于1000ppm，平均粒度30um的球形TC4钛粉为例详细说明本专利技术的实施步骤：选择氧含量800ppm，丝径2mm的盘卷TC4钛丝，为保证最后钛粉的洁净，所述原料钛丝要求做过超声除油清洗。一般，原料钛丝氧含量比成品粉末氧含量要求低均可实现最终要求。把料盘装入熔丝机构内，通过送丝机构引丝至等离子枪内。整个系统抽真空至1X10-3pa，再充入高纯氩气。开启水环泵抽真空至30KP，点火，调节建立稳定的射频等离子体，其主要工艺参数为：功率60KW，工作氩气流量2方/小时，压力0.2Pa，保护气体流量5方/小时，压力0.2Pa，保持系统压力70KPa，开启高压氩气雾化，雾化的压力为40bar，流量为20m3/h。开始送丝，送丝速率为100cm/min，反应得到钛及钛合金粉球化率为90%，钛粉粒度D50为38um，氧含量在1200ppm。由于低氧含量的钛丝原料更容易获得，射频等离子加热快速且洁净无污染，钛丝融化后能得到小的初始液滴，再通过高压氩气雾化可得到粒度可控的微细球形钛粉，所述粒度的控制可通过等离子体工参数（功率、工作氩气流量及压力、保护气体流量及压力、系统压力）、雾化参数（压力及流量）和送丝速度，丝径来具体控制。该法成本低、氧含量低、球化率高，球形度好，生产的球形钛粉能满足增材制造和注射成型技术的要求。本专利技术的装置和方法可实现高真空、连续工业化条件下生产钛及钛合金粉末，满足3D打印技术、MIM、热等静压技术、热喷涂技术及传统粉末冶金技术等领域对高性能钛及钛合金粉末的市场需求。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
微细球形钛粉的射频等离子制备方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、以钛丝为原料，通过送丝机进入等离子高温区，采用射频等离子技术将钛丝进行高温加热融化处理，所述射频等离子技术保持工作系统抽真空至1X10‑3pa下冲入氩气后进行；且所述系统维持泄漏率小于1pa/h；S2、经过射频等离子技术处理后的钛丝再经过高压氩气雾化处理；S3、最终制得微细球形钛粉，所述微细球形钛粉的球化率大于85%，粒度为10～75um，氧含量在600～1800ppm。

【技术特征摘要】
1.微细球形钛粉的射频等离子制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、以钛丝为原料，通过送丝机进入等离子高温区，采用射频等离子技术将钛丝进行高温加热融化处理，所述射频等离子技术保持工作系统抽真空至1X10-3pa下冲入氩气后进行；且所述系统维持泄漏率小于1pa/h；
S2、经过射频等离子技术处理后的钛丝再经过高压氩气雾化处理；
S3、最终制得微细球形钛粉，所述微细球形钛粉的球化率大于85%，粒度为10～75um，氧含量在600～1800ppm。
2.根据权利要求1所述的微细球形钛粉的射频等离子制备方法，其特征在于：所述S1中送丝机的送丝速率为25cm/min～200cm/min。
3.根据权利要求1所述的微细球形钛粉的射频等离子制备方法，其特征在于：所述S1中射频等离子体工艺参数为：功率30～100KW，工作氩气流量1～5m3/h，压力0.1～0.5MPa；保护气体流量3～10m3/h，压力0.1～0.5MPa；系统压力50～80KPa。
4.根据权利要求1所述的微细球形钛粉的射频等离子制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫，叶高英，蒲锋，
申请(专利权)人：苏州英纳特纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32