一种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，提供了一种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法，该方法包括在等离子体旋转电极法中的电弧与旋转电极间增加磁场。该方法通过利用静电库仑排斥力来制备得到超细钛粉，不仅避免了PREP采用离心力分离钛粉时面临的高速旋转的技术困难，而且制备得到的钛粉呈现球形形貌好且平均粒径小于10μm，能够满足对钛粉粒径要求更严格的适用场合。格的适用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体地说，涉及一种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法。

技术介绍

[0002]等离子体旋转电极法(PREP)是以高纯钛棒制成自耗电极，再通过稀有气体(氩气)等离子体加热熔化其端面形成金属液膜，最后利用电极旋转的离心力雾化制备钛粉。
[0003]目前，等离子体旋转电极法已逐渐取代了旋转电极法(REP)和电子束旋转盘法(EBRD)制备微细球形钛粉的工艺。相较于REP和EBRD，PREP的主要优点是制备粉末的球形度高，表面形貌良好，杂质含量低，且粉末粒径分布可通过转速和电极直径调节。然而，由于电极转速会受到动密封问题的限制，采用等离子体旋转电极法制备得到的粉末的平均粒径较大。粉末粒径通常分布在50
‑
300μm不等，100μm以下粉末约占20％，粉末平均粒径较大，从而导致适用范围受限。
[0004]例如，3D打印需采用超细(粒径小于5μm)、高纯度(氧含量<0.1％)、球形(球形度优于98％)的纯钛粉，这是采用PREP无法制备得到的。
[0005]因此，如何克服PREP中高速旋转的技术困难，同时制备得到形貌好且超细的钛粉，成为了目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中上述的不足，本专利技术的目的在于提供了一种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法，该方法通过利用静电库仑排斥力来制备得到超细钛粉，不仅避免了PREP采用离心力分离钛粉时面临的高速旋转的技术困难，而且制备得到的钛粉球形形貌好且平均粒径小于10μm，能够满足对钛粉粒径要求更严格的适用场合。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的解决方案是：
[0008]本专利技术提供了一种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法，包括：在等离子体旋转电极法中的电弧与旋转电极间增加磁场。
[0009]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，磁场为磁镜磁场。
[0010]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，磁场的磁感应强度为300
‑
500Gs。
[0011]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，经过磁约束后的等离子体的电子密度为10
18
m
‑3。
[0012]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，经过磁约束后的等离子体的电子温度约为10eV。
[0013]本专利技术提供的该种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法的有益效果是：
[0014]本专利技术提供的该种磁化等离子体旋转电极法利用了静电库伦排斥力分离钛颗粒从而制备得到超细钛粉，而PREP是采用离心力分离钛粉获得粒径较大的钛粉，本专利技术采用的该种方法避免了PREP技术中所面临的电极高速旋转所带来的技术困难，能够制备得到粒
径更小(小于10μm)，形貌更好的钛颗粒。
[0015]具体地为：(1)本专利技术通过在PREP基础上，在转移弧段(电弧与旋转电极间)增加磁感应强度为300
‑
500Gs的磁场，从而约束电弧等离子体的大部分电子径向逃逸和纵向逃逸，同时提高等离子体电子的密度和温度。进而使得旋转电极因旋转离心力抛射出的大直径钛颗粒在高电子密度等离子体中，其表面的电子电荷密度提高，形成较高的静电荷充电，从而形成较强的静电库伦排斥力，当静电库仑排斥力大于熔融钛金属界面的粘滞引力，则驱使钛颗粒分离形成直径更小的钛颗粒。卫星型钛颗粒在静电库伦排斥力作用下而被分离，再难以形成卫星型颗粒。从而获得超细钛粉(粒径小于10μm)。
[0016](2)等离子球化处理是利用高温等离子体火炬将送入其中的粉末加热熔化，随后熔融的液滴在表面张力的作用下重新凝固形成球形粉末。等离子球化处理能够改善粉末的表面形貌，也能一定程度上减少原粉末颗粒的孔隙和裂缝。在本实施例中，由于钛颗粒带电，卫星型钛颗粒在静电库伦排斥力的作用下被分离形成多个的分离粉末，分离粉末在等离子体中继续受到电子加热，钛颗粒的表面张力驱使分离粉末形成更为标准的球形。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0018]以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。
[0019]实施例1
[0020]本实施例提供了一种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法，包括：在等离子体旋转电极法中的电弧与旋转电极间增加一个磁感应强度为300
‑
500Gs的磁镜磁场，此时电子温度约为10eV。
[0021]由于等离子体的电子温度约为10eV，因此钛颗粒表面的电位约为
‑
10V左右，阻止等离子体电子的进一步在钛颗粒表面积累。等离子体的德拜长度为λ_D，因而带电钛颗粒在等离子体中的电势分布为：
[0022][0023]其中r≥Ro，r是空间点到钛颗粒球心的距离，Ro是钛颗粒的半径，是带电钛颗粒在等离子体中的德拜屏蔽库伦势，λ
D
是等离子体的德拜半径，
[0024][0025]ε
o
＝8.85
×
10
‑
12
(F/m)是真空介电常数，Q
o
是钛颗粒所携带的总电荷，k是波尔兹曼常数，Te是电子的温度，e是电子电荷，n
e
是磁化等离子体的电子密度。磁化等离子体中电子的温度约为10eV，电子的热速度为：
[0026][0027]电子在300Gs磁场中的回旋半径约为：
[0028][0029]电子在磁镜磁场中沿着磁场方向运动时电子的磁矩是一个渐进不变量，也就是在电子的磁矩：
[0030][0031]电子在磁镜磁场中除了绕磁力线回旋运动，还在磁镜端点间往复运动，如果电子的速度分布处于磁镜的捕获区内，磁镜位型的磁场约束等离子体电子的纵向和径向逃逸，使得转移弧产生的电子被约束在磁镜中。300Gs的磁场约束电子的径向逃逸，也起到提高等离子体电子密度的作用。初级电弧喷嘴处于零电位，电弧的阴极处于负电位，而自消耗旋转电极处于正电位，初级电弧与旋转电极间形成转移弧。假设初级电弧喷嘴与旋转电极间的距离为L，施加的电压为V，转移弧等离子体的电子密度约为10
19
m
‑3，电子温度约为10eV，中性气体的密度约为10
24
m
‑3，中性气体的温度约为3000K。氩原子的弹性碰撞截面积约为2*10
‑
19
m2，电子与氩原子碰撞的平均自由程：
[0032][0033]电子与中性气体原子的碰撞频率约为：
[0034][0035]磁镜位型中的电子因碰撞而造成部分的径向逃逸及从磁镜的损失锥纵向逃逸。转移弧电子传递给自耗阳极的热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法，其特征在于：包括：在等离子体旋转电极法中的电弧与旋转电极间增加磁场。2.根据权利要求1所述的磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法，其特征在于：所述磁场为磁镜磁场。3.根据权利要求2所述的磁化等离子体旋转电极法制备超细钛粉的方法，其特征在于：所述磁场的磁感应强度为300
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵华，施可敏，马太华，李本南，
申请(专利权)人：四川真火等离子研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：