一种提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法及其应用技术

本发明专利技术属于金属球粉制备技术领域，具体涉及一种提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法及其应用，所述方法包括如下步骤：A.制备氢含量为300ppm～10000ppm的熔融钛合金；B.将氢含量为300ppm～10000ppm的熔融钛合金进行雾化制粉，得到钛合金球粉。本发明专利技术能够获得粒径小于53μm粉末得粉率达到80％，高于现有工艺的30％，且在提高细粉率的同时，降低了工艺成本。工艺成本。工艺成本。

【技术实现步骤摘要】
一种提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法及其应用


[0001]本专利技术属于金属球粉制备
，具体涉及一种提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法及其应用，特别是应用于增材制造及粉末冶金行业钛合金球粉制备领域。

技术介绍

[0002]钛合金具有比强度高、耐蚀性好及生物相容性好等优点，在航空、航天、船舶、化工及生物医疗等领域有着广泛的应用。采用传统机加工制造工艺加工钛合金存在加工难度大、材料利用率低等问题，导致加工成本较高，所制备的钛合金价格昂贵，难以大范围使用。
[0003]将3D打印(增材制造)技术应用于钛合金加工，能够有效规避传统机加工难度大的问题，同时，将3D打印技术结合拓扑设计，通过将设计好的数据模型利用高能加热装置将钛合金球粉逐层烧结，制成预期形状的构件，能够实现结构减重，进而提高材料的利用率，极大的降低钛合金零件的制造成本，促使钛合金制品在更广泛的范围例如航空航天、生物医疗等领域获得应用。
[0004]电极感应气雾化法(EIGA)是目前应用最广泛的钛合金球粉生产方法，与其他工艺方法如惰性气体雾化法、超声雾化法等相比，具有生产成本低、生产效率高的优势。然而3D打印只能使用53微米以下粒径的钛合金球粉粉末，电极感应气雾化法制备的钛合金球粉合格率仅在30％左右，导致钛合金球粉的价格较高，钛合金的3D打印成本较高。
[0005]电极感应气雾化法(EIGA)的技术原理为：采用高速高压氩气气流冲击钛合金熔体，高速气流能够克服钛合金熔体表面张力，雾化熔体液滴形成细小的金属液滴，细小的金属液滴在表现张力作用下冷却凝固，形成球形粉末。目前增材制造技术只能使用53微米以下粒径的钛合金球粉粉末，而电极感应气雾化法制备的钛合金球粉粒径小于53微米的仅占总粉末的30％左右，导致钛合金球粉的价格较高，进而增加了钛合金的3D打印成本。
[0006]提高EIGA雾化工艺中细粉率的关键是要提供足够高的气体动能来克服熔体的表面张力，雾化金属熔体液流形成细小液滴，但是，提高气体动能的成本较高，目前主要是通过高功率熔炼来提高熔体温度，降低熔体表面张力，或者通过改善喷嘴结构提高熔体流动稳定性来提高细粉率。
[0007]郭快快，刘常升，陈岁元等公开的文献功率对EIGA制备3D打印用TC4合金粉末特性的影响，以及申请号为202210679586.3的专利文献公开了一种提高电极感应熔炼惰性气体雾化粉末细粉收得比例的钛合金及其雾化粉末制备方法，通过提高高频感应熔炼功率，提高熔融金属液流的温度，依据金属材料表面张力与温度的关系，提高金属材料熔体温度可以降低表面张力，在相同高压气流冲击力下，低的熔体表面张力更易被雾化形成细小粉末。但是，提高温度虽然在一定程度上可以降低钛合金材料熔体的表面张力，但对于纯金属钛的作用不大，对于钛合金，熔融态温度过高易导致合金中低熔点组分损耗严重，造成合金的成分异常。
[0008]谢波等公开的文献EIGA雾化法制备激光3D打印用TC4合金粉末工艺研究中通过增加冲击高压的气流压力，以增加气流的动能，克服了金属熔体表面张力，达到提高雾化效果，攀钢集团研究院研究表明提高冲击气流压力可以提高细粉率；但是，受工艺限制，冲击动能增加较为有限，同时，过高的气流量与熔体进行热交换，熔体过快降温凝固易造成椭球等问题，降低了粉体性能和质量，过高的气流量还会增加高纯高压氩气的损耗，增加了工艺成本。

技术实现思路

[0009]为改善现有技术的不足，本专利技术提供一种提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法，将钛的热氢处理工艺与EIGA法相结合，利用氢的弱键效应降低熔融态钛合金表面张力及粘度，在高压气流冲蚀下更易被打散成细小金属液滴凝固形成精细球粉。
[0010]第一方面，本专利技术提供一种提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法，包括如下步骤：
[0011]A.制备氢含量为300ppm～10000ppm的熔融钛合金；
[0012]B.将氢含量为300ppm～10000ppm的熔融钛合金进行雾化制粉，得到钛合金球粉。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述熔融钛合金中氢含量为1000ppm～8000ppm，优选地，所述熔融钛合金中氢含量为2000ppm～5000ppm，例如为1000ppm、1500ppm、2000ppm、2500ppm、3000ppm、4000ppm、5000ppm、6000ppm或7000ppm。
[0014]根据本专利技术的实施方案，步骤A包括如下步骤：将钛合金原材料进行高温置氢处理再熔融或将钛合金原材料熔融后进行液体置氢处理。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述将钛合金原材料高温置氢处理包括如下步骤：
[0016]a.将钛合金原材料放入管式氢处理炉中，抽真空并加热至400～800℃，充入高纯氢气至炉内氢分压为5～60KPa时停止充气；
[0017]b.保温5
‑
24h，冷却至室温得到氢含量为300ppm～10000ppm的钛合金材料。
[0018]根据本专利技术的实施方案，步骤a之前包括如下步骤：清洗所述钛合金原材料表面，优选使用有机溶剂清洗所述钛合金原材料表面。
[0019]根据本专利技术的实施方案，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种，例如为丙酮。
[0020]根据本专利技术的实施方案，步骤a中的加热至400～800℃包括：以5～15℃/min的升温速度升温至400～800℃。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述加热温度为500～600℃。
[0022]根据本专利技术的实施方案，所述炉内氢分压为10～30KPa时停止充气。
[0023]根据本专利技术的实施方案，将钛合金原材料高温置氢处理再熔融包括如下步骤：将氢含量为300ppm～10000ppm的钛合金材料放入气雾化设备中熔融。
[0024]作为一个实例地，将钛合金材料熔融包括如下步骤：将钛合金材料放入气雾化设备的夹持件中夹持，钛合金材料底部锥形区位于感应线圈中，将气雾化设备腔体内抽真空，向熔炼区和雾化区通入高纯氩气，将熔炼功率提高至30～80kw，升温至钛合金材料熔融。
[0025]根据本专利技术的实施方案，所述步骤B包括如下步骤：通过雾化器喷嘴向氢含量为300ppm～10000ppm的熔融钛合金喷入惰性气体，进行雾化制粉，得到雾化粉。
[0026]根据本专利技术的实施方案，所述喷嘴喷出气体的角度为5
°
～80
°
。
[0027]根据本专利技术的实施方案，所述喷嘴喷出的气体流速为5～35Nm3/min。
[0028]根据本专利技术的实施方案，步骤B之后还包括如下步骤：收集雾化粉。
[0029]第二方面，本专利技术还提供一种采用上述方法制备的钛合金雾化粉，所述钛合金雾化粉的粒径分布为5～150微米，且粒径小于53微米的粉末得粉率高于30％，优选粒径小于53微米的所述粉末得粉率高于40％，例如为35％、40％、45％、50％、55％、60％、68％、70％、74本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A.制备氢含量为300ppm～10000ppm的熔融钛合金；B.将氢含量为300ppm～10000ppm的熔融钛合金进行雾化制粉，得到钛合金球粉。优选地，所述熔融钛合金中氢含量为1000ppm～8000ppm。2.根据权利要求1所述的提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法，其特征在于，步骤A包括如下步骤：将钛合金原材料进行高温置氢处理再熔融或将钛合金原材料熔融后进行液体置氢处理。3.根据权利要求2所述的提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法，其特征在于，所述将钛合金原材料进行高温置氢处理包括如下步骤：a.将钛合金原材料放入管式氢处理炉中，抽真空并加热至400～800℃，充入高纯氢气至炉内氢分压为5～60KPa时停止充气；b.保温5～24h，冷却至室温得到氢含量为300ppm～10000ppm的钛合金材料。4.根据权利要求3所述的提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法，其特征在于，步骤a之前包括如下步骤：清洗所述钛合金原材料表面。优选地，步骤a中的加热至400～800℃包括：以5～15℃/min的升温速度升温至400～800℃。优选地，所述炉内氢分压为10～30KPa时停止充气。5.根据权利要求3所述的提升电极感应气雾化中钛合金球粉细粉率的方法，其特征在于，将钛合金原材料高温置氢处理再熔融包括如下步骤：将氢含量为300ppm～10000ppm的钛合金材料放入气雾化设备中熔融。优选地，将钛合金材料熔融包括如下步骤：将钛合金材料放入气雾化设备的夹持件中夹持，钛合金材料底部锥形区位于感应线圈中，将气雾化设备腔体内抽真空，向熔炼区和雾化区通入高纯氩气，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张政，林文雄，叶辉，梁永琪，翁文，林紫雄，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：