一种高纯球形金属钒粉及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高纯球形金属钒粉及其制备方法和应用，涉及增材制造技术领域。本发明专利技术提供的高纯球形金属钒粉，以质量百分含量计，所述高纯球形金属钒粉的成分包括V≥99.95％，Fe≤0.005％，Si≤0.005％，Cr≤0.005％，Al≤0.001％，C≤0.005％，N≤0.005％，O≤0.02％；所述高纯球形金属钒粉的粒度范围为15～53μm。本发明专利技术提供的高纯球形金属钒粉纯度高，对杂质元素的种类和数量进行了限制，杂质含量低、气体元素含量低，而且粒度适宜，流动性好，能够满足核聚变结构材料的要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯球形金属钒粉及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体涉及一种高纯球形金属钒粉及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]伴随着3D打印技术的发展，特别是金属3D打印技术近年来取得的进展，增材制造技术的应用已不仅仅局限于快速响应产品的外观设计，抑或是工艺辅助的间接制造，而是延伸到了金属功能零件的直接制造。当前，通过金属增材制造技术制造的金属材料零部件越来越多的被成功应用于航空航天、国防军工、医疗器械、汽车制造、注塑模具等领域。金属材料是制造领域必不可少的重要材料，但是在实际的加工过程中，却存在着不少问题，例如钛合金、高温合金、超高强度钢等材料存在难加工、加工成本高、材料利用率低和加工周期长等障碍。金属增材制造技术所采用的激光、电子等高能束密度高，速度快，极大地改善了金属材料的加工难度，并提高了材料利用率及降低了原材料成本。金属增材制造技术在制造行业具有广阔的应用舞台。
[0003]金属纯钒具有熔点高、耐腐蚀、储氢、高温超导、高温抗蠕变性能强和快中子吸收截面小等特性，广泛应用于航空、航天、核工业、军工和国防新兴战略工业。传统的制备工艺存在零件形状相对简单和材料利用率低的问题。增材制造技术可很好地解决这些问题，为低成本生产复杂形状的核能堆用零件提供了新方法，而增材制造技术要求原料粉末具有良好的流动性，形状呈球形。
[0004]金属钒粉的制备方法有很多种。机械破碎法主要是采用熔盐电解法制备的树枝状金属钒为原料，随后通过机械球磨机对其进行破碎，最终获得金属钒粉，该方法在机械球磨过程中引入了大量的杂质元素(W、Co、Ni、Fe、Cr等)，同时钒粉在球磨过程中易发生氧化，最终金属钒粉的氧含量可超过0.5wt％。
[0005]中国专利CN109295310A采用金属气基还原制备高纯金属钒粉，该方法采用氧化钒为原料，活泼金属为还原剂，通过原料与还原剂的热还原反应获得纯度为98wt％金属钒粉。中国专利CN105903973A采用等离子体法制备了球形钒粉，该方法采用海绵钒棒为原料，经过熔炼、破碎、等离子体球化等工序，获得球形的金属钒粉末，粉末粒度为50～150μm，未对金属钒粉的纯度做出描述。以上两种方法制备的金属钒粉纯度、粒度满足不了核聚变结构材料的要求，也未对相关杂质元素种类和数量进行约束。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高纯球形金属钒粉及其制备方法和应用，本专利技术提供的高纯球形金属钒粉纯度高、杂质含量低、气体元素含量低，粒度范围适宜，能够满足核聚变结构材料的要求，易规模化生产。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种高纯球形金属钒粉，以质量百分含量计，所述高纯球形金属钒
粉的成分包括V≥99.95％，Fe≤0.005％，Si≤0.005％，Cr≤0.005％，Al≤0.001％，C≤0.005％，N≤0.005％，O≤0.02％；
[0009]所述高纯球形金属钒粉的粒度范围为15～53μm。
[0010]本专利技术提供了上述技术方案所述高纯球形金属钒粉的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将金属钒进行真空电子束提纯熔炼，制成电极棒；
[0012]将所述电极棒进行旋转电极雾化，得到金属粉末；
[0013]将所述金属粉末进行颗粒分级，得到高纯球形金属钒粉。
[0014]优选地，所述电极棒中钒的含量≥99.95wt％。
[0015]优选地，所述电极棒的直径为30～45mm；所述电极棒的长度为300～600mm。
[0016]优选地，所述旋转电极雾化在保护性气氛条件下进行。
[0017]优选地，所述旋转电极雾化的气氛压力为1.5～5.0bar。
[0018]优选地，所述旋转电极雾化过程中电极棒的转速为5000～30000r/min。
[0019]优选地，所述旋转电极雾化过程中电极棒的步进速率为0.5～5.0mm/s。
[0020]优选地，所述颗粒分级在筛分机和气流风选设备中进行。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述高纯球形金属钒粉或上述技术方案所述制备方法制备得到的高纯球形金属钒粉在增材制造中的应用。
[0022]本专利技术提供了一种高纯球形金属钒粉，以质量百分含量计，所述高纯球形金属钒粉的成分包括V≥99.95％，Fe≤0.005％，Si≤0.005％，Cr≤0.005％，Al≤0.001％，C≤0.005％，N≤0.005％，O≤0.02％；所述高纯球形金属钒粉的粒度范围为15～53μm。本专利技术提供的高纯球形金属钒粉纯度高，对杂质元素的种类和数量进行了限制，杂质含量低、气体元素含量低，而且粒度适宜，流动性好，能够满足核聚变结构材料的要求。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述高纯球形金属钒粉的制备方法，本专利技术以金属钒为原材料，通过真空电子束提纯熔炼后制成电极棒，真空电子束的电子轰击能达到5000℃左右的高温，在真空电子束提纯熔炼过程中，低容量、低蒸气压的元素可以达到含量降低甚至消除，能够降低杂质含量；本专利技术采用旋转电极雾化工艺制备金属粉末，旋转电极雾化过程中无接触，熔体停留时间长，能够减少气体元素的引入，降低高纯球形金属钒粉中的气体元素含量。采用本专利技术提供的方法能够获得低杂质含量、低气体元素含量的高纯球形金属钒粉，该方法可在现有雾化装置中实施，容易实现规模化生产，且生产效率高、效果好。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备的高纯球形金属钒粉的SEM形貌图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种高纯球形金属钒粉，以质量百分含量计，所述高纯球形金属钒粉的成分包括V≥99.95％，Fe≤0.005％，Si≤0.005％，Cr≤0.005％，Al≤0.001％，C≤0.005％，N≤0.005％，O≤0.02％；所述高纯球形金属钒粉的粒度范围为15～53μm。
[0026]以质量百分含量计，本专利技术提供的高纯球形金属钒粉优选包括V≥99.95％，Fe 0.003％，Si 0.002％，Cr 0.002～0.003％，Al 0.001％，C 0.0018～0.003％，N 0.002～0.003％，O 0.015～0.017％。
[0027]在本专利技术中，所述高纯球形金属钒粉的粒度范围优选为18～45μm。
[0028]本专利技术还提供了上述技术方案所述高纯球形金属钒粉的制备方法，包括以下步骤：
[0029]将金属钒进行真空电子束提纯熔炼，制成电极棒；
[0030]将所述电极棒进行旋转电极雾化，得到金属粉末；
[0031]将所述金属粉末进行颗粒分级，得到高纯球形金属钒粉。
[0032]本专利技术将金属钒进行真空电子束提纯熔炼，制成电极棒。本专利技术对所述金属钒的纯度没有特殊要求，本领域常规的金属钒均可以。在本专利技术的具体实施例中，所述金属钒的纯度＜99wt％或者≥99.5wt％，更优选为99.8wt％。在本专利技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯球形金属钒粉，其特征在于，以质量百分含量计，所述高纯球形金属钒粉的成分包括V≥99.95％，Fe≤0.005％，Si≤0.005％，Cr≤0.005％，Al≤0.001％，C≤0.005％，N≤0.005％，O≤0.02％；所述高纯球形金属钒粉的粒度范围为15～53μm。2.权利要求1所述高纯球形金属钒粉的制备方法，包括以下步骤：将金属钒进行真空电子束提纯熔炼，制成电极棒；将所述电极棒进行旋转电极雾化，得到金属粉末；将所述金属粉末进行颗粒分级，得到高纯球形金属钒粉。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述电极棒中钒的含量≥99.95wt％。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述电极棒的直径为30～45mm；所述电极棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卿，李增德，彭丽军，米绪军，解浩峰，张习敏，黄树晖，张文婧，杨振，刘冬梅，谢忠南，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：