球形钛粉的制备技术与应用

发布时间:

2023-05-09

球形钛粉及其合金具有密度低、比强度高、耐热性好、耐腐蚀等优良性能，但是，传统的钛冶金存在工艺周期长、能耗大、利用率低等缺点，在航空航天、造船技术、化工、机械制造、硬质合金等方面有广阔的应用前景。钛合金成本高、价格高，限制了其广泛应用。因此，降低钛及钛合金的成本是进一步扩大钛应用的重要手段，那么，下面一起了解下球形钛粉的制备技术与应用吧!

　　球形钛粉的清洁成形、低能耗、材料利用率等优势有望成为今后钛冶金工业的主要发展方向之一，另外，钛粉还广泛用作铸铝细化剂、吸气剂、金属部件的表面改性剂、镁铝合金添加剂、制造钛化合物的原料等。球形钛粉的质量和成本对其粉末冶金产品的质量至关重要。

　　目前，国内外制备钛粉的方法很多，主要有机械合金化、加氢脱氢法(HDH )、雾化法、金属热还原法和熔盐电解法。

　　球形钛粉的生产工艺

　　1 .机械合金化

　　合金化是指金属或合金粉末在高能球磨中因粉末粒子与球之间长时间的剧烈冲击、碰撞，使粉末粒子反复冷焊、断裂，引起粉末原子之间的扩散，将钛系化合物或混合粉末和研发介质(通常需要添加少量的工艺控制剂)放入高能球磨机(用氩气保护)进行研磨，从而得到粉末的粉末制造工艺。机械合金化制造钛和钛合金粉末时，可以制造合金材料，也可以制造单一的金属粉末。研磨中的粉末粒子进行焊接-断裂-焊接，该工艺的优点是研磨的材料可以以任意比例组合。

　　2 .加氢脱氢法

　　氢化氢化氢化法(HDH )是利用钛和氢的可逆特性制备钛粉的技术，该工艺生产的钛粉粒度范围广、成本低、对原料要求低，钛吸收氢后产生脆性，机械破碎制备氢化钛粉，在真空条件下高温氢化制备钛粉。目前已成为国内外生产钛粉的主要方法，近年来，国内外关于低成本低氧含量钛粉制备的研究日趋活跃。但该法生产的钛粉O、N含量较高。

　　3 .雾化法

　　雾化法是指将液态金属或合金的流动破碎成微小的熔滴，目前，雾化法制备钛粉主要有气体雾化法和离心雾化法，然后在环境中冷却凝固得到金属粉末的方法。

　　3.1气体雾化法

　　气体雾化法一般是在坩埚内溶解原料，从坩埚底部的喷嘴以喷雾状喷射高速气体产生的金属熔液，使其冷凝生成金属粉末。

　　3.2离心雾化法

　　离心雾化法采集钛粉时，目前，离心雾化法主要包括旋转电极法(REP )、等离子体旋转电极法、电子束旋转盘法) EBRD )等。通过旋转产生的离心力将金属破碎，甩出雾状的液滴后，使其凝固得到高纯度的球形钛粉。且粉末粒度可根据旋转电极的转速进行调整。离心雾化法得到的钛粉呈球形，表面光亮、致密、流动性好、粒度分布窄，旋转电极技术制得的粉末在雾化球形钛粉中不常见伴生相，粉末粒度更均匀，但该方法制得的钛粉成本较高，与气体雾化制得的粉末相比，目前普遍用于航空航天领域。

　　4 .金属热还原法

　　传统的球形钛粉制备金属热还原法主要有TiO2钙热还原法和TiCl4金属热还原法。镁还原法生产钛粉主要是海绵钛生产过程中产生的等外钛粉，由于杂质成分含量高， TiO2钙热还原法是在高温下利用金属钙将TiO2还原来制造钛粉; TiCl4金属还原法有镁还原法(Kroll法)和钠还原法)Hunter法)。专门用于钛粉生产的钛粉产品纯度极低，特别是氧、氮、铁、碳不纯。

　　5 .熔盐电解法

　　和其他活性金属一样，电解法生产钛粉需要在熔融盐介质中进行。但由于无法控制钛和氯的逆反应而中止。目前，意大利Ginatta公司在都灵市建立大型试验工厂继续研究该技术，传统的熔盐电解法是将钛盐溶解在熔盐中。美国的Dow-Howmet和Timet分别建造了两条电解线路，提出了无隔膜的氯化电解法、氟化法。

　　钛粉的应用

　　1 .航空航天领域

　　钛材已经广泛应用于航空航天领域。因为钛合金具有高强度、高耐热性能、比强度等特点。降低飞机起飞/着陆的跑道距离，钛合金可以在降低飞机整体重量的同时提高飞机的能力，提高飞机的机动性、操纵性和挂载能力。

　　随着中国国力的提高，海洋权益维护能力日益增加，舰载机数量也随之增大，耐海水腐蚀的钛材需求量将逐年上升。

　　2 .石油化工领域

　　研究表明，在高温高压、高腐蚀介质、高氯环境下，钛合金仍然是材料。钛材种类单一，主要使用工业用纯钛和TA10。两种钛材价格都很便宜，熔炼技术、加工技术、焊接技术在国内都很成熟，石油化工领域主要使用钛和钛合金的耐腐蚀性能，对耐热性能要求不高，因此与航空航天领域使用的钛材相比，因此可以在国内石油化工领域大量使用。

　　3 .海洋工程领域

　　钛材海水腐蚀和海洋气氛腐蚀优良，海洋工程有望成为新型的钛民生市场。在海洋工程中，且溶出离子极少，无毒性，不受环境污染，很好地满足了海洋工程方面的应用需要，钛材在海洋工程领域的应用不仅可以减轻相关设备的自身质量，还可以降低维护成本，钛主要用于海洋油气开发、海边楼盘、沿海发电厂、海水淡化装置、船舶、海洋渔业、海洋能源转换等。不仅如此，钛材具有优异的低温性能，延长相关设备的寿命。例如，船舶使用钛材的话，设备寿命可以延长到30~40年，但镁铝合金、软钢等船舶10年需要维护。在-253下保持一定的塑性，低温环境下的体积变化小，适合北极的破冰船等。

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