制备合金粉末的装置、方法及应用该粉末制备靶材的方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于粉末冶金技术领域，涉及一种制备合金粉末的装置、方法及应用该粉末制备靶材的方法。该制备靶材的方法，将纯铝棒材及纯钛粉末结合PREP技术制备出高纯净度、低空心粉率、高球形度的高铝含量的钛铝合金球形粉末及致密度高、成分、组织均匀的钛铝合金靶材。该装置克服了传统PREP方法无法制备高铝含量的钛铝合金球形粉末的缺陷，制备出高铝含量的钛铝合金球形粉末；同时避免了传统混合粉末热等静压过程的铝热反应，提高了钛铝合金的热等静压处理温度，对钛铝合金靶材的组织改善提供了便利。利。利。

【技术实现步骤摘要】
制备合金粉末的装置、方法及应用该粉末制备靶材的方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，涉及制备合金粉末的装置、方法及应用该粉末制备靶材的方法，其中，合金粉末为高铝含量钛铝合金球形粉末。

技术介绍

[0002]钛铝合金是一种真空镀膜用合金溅射靶材，在该合金中通过调配钛与铝的含量可以获得不同特性的钛铝合金靶材。钛铝金属间化合物属于硬脆材料，具有很好的耐磨性：例如，在普通刀具表面覆着一层钛铝金属间化合物，可有效延长刀具的使用时间；配合氮气放电起弧实施溅射，可获得高硬度、低摩擦系数的表面膜，特别适合各种刀具、模具和其它易损件的表面涂层，因此在机械加工行业具有较好的应用前景。然而，在镀膜过程中，钛铝靶材性能将影响镀膜层的质量，其中，靶材纯度越高、组织均匀形且晶粒尺寸越小、靶材致密度越高，越有利于镀膜过程的顺利进行和高质量膜的制备。
[0003]根据钛铝合金的性能差异，传统钛铝靶材的制备工艺为铸造法和粉末冶金法。其中，铸造法是将冶炼的不同成分的钛铝合金，浇铸成铸锭并进行机加成靶材，由于铝、钛都属于活泼元素，在浇铸过程出现铝热反应导致沸腾现象，最终形成的钛铝靶材缩孔较多，组织不均匀且粗大。而传统的粉末冶金法是将纯钛粉和纯铝粉按照原子比进行混合，混合后的粉末经过冷压烧结或直接热等静压制备成靶材，该上述方法使用原材料均为两种粉末的混合粉末并非钛铝间化合物，因此上述方法得到的钛铝合金会存在组织、成分不均匀的缺点，不利于靶材的溅射；同时混合粉中铝粉末的存在会导致热等静压超过500℃以上发生铝热反应烧损钢包套，且500℃以下的热等静压温度不利于钛铝靶材致密化。
[0004]针对上述问题，现有技术提出了利用等离子旋转电极法（PREP）和氩气雾化法（AA）生产的金属球形粉末制备靶材。PREP法制粉原理是采用等离子弧熔化高速旋转合金电极棒端，在离心力作用下棒材熔化的金属从电极棒边缘飞出形成液滴，液滴在飞行过程中冷却凝固成球状合金粉末，粉末具有高球形度、高纯净度和低气体含量等特点；而根据钛铝合金性质可知，随着Al元素原子质量分数（at.%）的增加（≥40%），钛铝合金的塑性逐渐降低，合金最高的延伸率也不足1%，导致机加过程中极易断裂，无法作为高速旋转母合金棒材直接制粉。AA法制粉原理是在坩埚中熔化并配比成所需合金的金属溶液，金属溶液随后通过导流管流入雾化室中，流动过程液滴被高速惰性气体吹散破碎，并快速凝固成金属粉末；而该方法制备的球形粉末存在形貌含有大量粘连的卫星粉，气体含量较高、引入坩埚杂质及空心粉较多等缺点，且采用该方法制备粉末为原材料的热等静压靶材存在纯度不高，空心粉无法消除、导致靶材致密度降低的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钛铝靶材的制备方法，解决传统机械混合粉末热压成形制备的钛铝靶材和铸造制备的钛铝靶材纯净度低、组织不均匀、晶粒组织粗大、致密度低等问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种制备高铝含量钛铝合金球形粉末的装置，包括用以提供制粉气氛的雾化舱室，所述雾化舱室的一侧分布有真空控制系统、驱动电机，另一侧分布有等离子枪冷却及控制系统，惰性气体组件；所述雾化舱室通过其底部的转动下粉嘴与纯铝粉末收集器或钛铝粉末收集器相连通；所述真空控制系统通过真空管路与雾化舱室相连通，所述驱动电机连接纯铝棒材；所述等离子枪冷却及控制系统中的等离子枪安装于雾化舱室的内壁，所述等离子枪与惰性气体组件的送粉管路相连，所述送粉管路与装有纯钛粉的粉末输送器相连；所述等离子枪与纯铝棒材的中心轴线位于同一直线上。
[0007]进一步，所述粉末输送器包括输送器本体；所述粉末输送器本体的顶部分别设置有加料阀门、真空组件，所述加料阀门、真空组件均与粉末输送器本体内的脱气仓相连；所述脱气仓的底部通过下粉流量控制器与送粉管路相连通。
[0008]进一步，所述脱气仓的外部缠绕有加热电阻圈。
[0009]进一步，所述等离子枪包括枪体及安装在枪体端部的枪头，所述枪头包括位于中心的进气及粉末输送管路，所述进气及粉末输送管路的外部分布有冷却管路，所述冷却管路连通至等离子枪阳极；所述进气管路的出气端连接有等离子枪阴极，所述等离子枪阴极和等离子枪阳极之间设置有绝缘板。
[0010]另一方面，本专利技术还提供了一种制备高铝含量钛铝合金球形粉末的方法，应用如上部分或全部所述的装置制备高铝含量钛铝合金球形粉末，具体步骤如下：1）制备纯度≥99.99%的纯铝棒材；2）对所述纯铝棒材进行机械加工处理；3）将步骤2）处理后的纯铝棒材放入雾化舱室中，且一端连接至驱动电机；4）启动真空控制系统对雾化舱室抽真空，保证真空度≤1.0
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4 Pa；5）将传统PREP制备的纯钛球形粉末放入脱气仓内，进行真空加热脱气；6）经送粉管路充入恒定压力的Ar+He混合气体至等离子枪内，开启等离子枪产生等离子火焰；同时启动驱动电机带动纯铝棒材旋转，所述纯铝棒材以恒定速度靠近等离子火焰；纯铝棒材顶端熔化形成熔池，纯铝溶液在离心力下甩出形成铝粉，旋转转动下粉嘴至纯铝粉末收集器中收集铝粉；7）熔炼过程中，打开下粉流量控制器，将恒定流量的纯钛粉输送至Ar+He混合气管路中并从等离子枪喷入纯铝熔池中，旋转转动下粉嘴至钛铝粉末收集器中收集钛铝粉末。
[0011]进一步，所述步骤5）具体包括：将纯钛球形粉末装入脱气仓内，对脱气仓进行抽真空：当脱气仓的真空度≤1.1
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4 Pa后，加热脱气仓的温度至300℃~400℃内，保温时间≥2h；当脱气仓的真空度≤1.1
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4 Pa后，停止脱气；其中，所述纯钛球形粉末的粒度为90μm~212μm，纯度≥99.99%。
[0012]进一步，所述步骤6）的Ar+He混合气体中，Ar与He的体积比为7:3，混合气体的气体压力为1.6Pa~2.0Pa；所述等离子枪的熔化功率为12~18kW，所述纯铝棒材的旋转速度为20000~30000r/min，熔化速度为20~100mm/min。
[0013]进一步，所述步骤7）中钛粉的输送时机为：当纯铝棒材熔炼至其长度的1/3处时，将恒定流量的钛粉输送至至Ar+He送粉管路
中，所述钛粉的流量为50g/min~5000g/min。
[0014]此外，本专利技术还提供了一种制备高铝含量钛铝合金靶材的方法，具体步骤如下：步骤一、将钛铝合金球形粉末进行筛分，获得粉末粒度≥53μm的钛铝合金球形粉末，所述钛铝合金球形粉末采用上述方法制备得到；步骤二、将钛铝合金球形粉末装入低碳钢包套中，对装有钛铝合金球形粉末的包套抽真空，当真空度≤1.0
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4 Pa后，加热包套至温度为100℃~200℃，保持至少5h后将包套焊接密封；步骤三、对装有钛铝合金球形粉末的包套进行热等静压处理得到带有包套的钛铝合金靶材，所述热等静压处理的温度为500℃~1200本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高铝含量钛铝合金球形粉末的装置，其特征在于，包括用以提供制粉气氛的雾化舱室，所述雾化舱室的一侧分布有真空控制系统、驱动电机，另一侧分布有等离子枪冷却及控制系统，惰性气体组件；所述雾化舱室通过其底部的转动下粉嘴(4)与纯铝粉末收集器或钛铝粉末收集器相连通；所述真空控制系统通过真空管路与雾化舱室相连通，所述驱动电机连接纯铝棒材(1)；所述等离子枪冷却及控制系统中的等离子枪(2)安装于雾化舱室的内壁，所述等离子枪(2)与惰性气体组件的送粉管路相连，所述送粉管路与装有钛粉(3
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4)的粉末输送器(3)相连；所述等离子枪(2)与纯铝棒材(1)的中心轴线位于同一直线上。2.根据权利要求1所述的制备高铝含量钛铝合金球形粉末的装置，其特征在于，所述粉末输送器(3)包括输送器本体；所述粉末输送器本体的顶部分别设置有加料阀门(3
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1)、真空组件，所述加料阀门(3
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1)、真空组件均与粉末输送器本体内的脱气仓(3
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2)相连；所述脱气仓(3
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2)的底部通过下粉流量控制器(3
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5)与送粉管路相连通。3.根据权利要求2所述的制备高铝含量钛铝合金球形粉末的装置，其特征在于，所述脱气仓(3
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2)的外部缠绕有加热电阻圈(3
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3)。4.根据权利要求1所述的制备高铝含量钛铝合金球形粉末的装置，其特征在于，所述等离子枪(2)包括枪体及安装在枪体端部的枪头，所述枪头包括位于中心的进气及粉末输送管路，所述进气及粉末输送管路的外部分布有冷却管路，所述冷却管路连通至等离子枪阳极(2
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5)；所述进气管路的出气端连接有等离子枪阴极(2
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4)，所述等离子枪阴极(2
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4)和等离子枪阳极(2
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5)之间设置有绝缘板(2
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3)。5.一种制备高铝含量钛铝合金球形粉末的方法，其特征在于，应用权利要求1
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4任一项所述的装置制备高铝含量钛铝合金球形粉末，具体步骤如下：1）制备纯度≥99.99%的纯铝棒材(1)；2）对所述纯铝棒材(1)进行机械加工处理；3）将步骤2）处理后的纯铝棒材(1)放入雾化舱室中，且一端连接至驱动电机；4）启动真空控制系统对雾化舱室抽真空，保证真空度≤1.0
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‑4Pa；5）将传统PREP制备的纯钛球形粉末(2
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2)放入脱气仓(3
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2)内，进行真空加热脱气；6）经送粉管路充入恒定压力的Ar+He混合气体至等离子枪(2)内，开启等离子枪(2)产生等离子火焰(2
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1)；同时启动驱动电机带动纯铝棒材(1)旋转，所述纯铝棒材(1)以恒定速度靠近等离子火焰(2
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【专利技术属性】
技术研发人员：马宽，唐洪奎，卓君，李安，瞿宗宏，赖运金，王庆相，梁书锦，孙健豪，张康，常永锋，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：