球形鈦粉的制備技術與應用
發布時間:
2023-05-09
球形鈦粉及其合金具有密度低、比強度高、耐熱性好、耐腐蝕等優良性能，但是，傳統的鈦冶金存在工藝周期長、能耗大、利用率低等缺點，在航空航天、造船技術、化工、機械制造、硬質合金等方面有廣闊的應用前景。 鈦合金成本高、價格高，限制了其廣泛應用。 因此，降低鈦及鈦合金的成本是進一步擴大鈦應用的重要手段，那么，下面一起了解下球形鈦粉的制備技術與應用吧!
球形鈦粉的清潔成形、低能耗、材料利用率等優勢有望成為今后鈦冶金工業的主要發展方向之一， 另外，鈦粉還廣泛用作鑄鋁細化劑、吸氣劑、金屬部件的表面改性劑、鎂鋁合金添加劑、制造鈦化合物的原料等。球形鈦粉的質量和成本對其粉末冶金產品的質量至關重要。
目前，國內外制備鈦粉的方法很多，主要有機械合金化、加氫脫氫法(HDH )、霧化法、金屬熱還原法和熔鹽電解法。
球形鈦粉的生產工藝
1 .機械合金化
合金化是指金屬或合金粉末在高能球磨中因粉末粒子與球之間長時間的劇烈沖擊、碰撞，使粉末粒子反復冷焊、斷裂，引起粉末原子之間的擴散，將鈦系化合物或混合粉末和研發介質(通常需要添加少量的工藝控制劑)放入高能球磨機(用氬氣保護)進行研磨，從而得到粉末的粉末制造工藝。 機械合金化制造鈦和鈦合金粉末時，可以制造合金材料，也可以制造單一的金屬粉末。研磨中的粉末粒子進行焊接-斷裂-焊接，該工藝的優點是研磨的材料可以以任意比例組合。
2 .加氫脫氫法
氫化氫化氫化法(HDH )是利用鈦和氫的可逆特性制備鈦粉的技術，該工藝生產的鈦粉粒度范圍廣、成本低、對原料要求低，鈦吸收氫后產生脆性，機械破碎制備氫化鈦粉，在真空條件下高溫氫化制備鈦粉。 目前已成為國內外生產鈦粉的主要方法，近年來，國內外關于低成本低氧含量鈦粉制備的研究日趨活躍。但該法生產的鈦粉O、N含量較高。
3 .霧化法
霧化法是指將液態金屬或合金的流動破碎成微小的熔滴，目前，霧化法制備鈦粉主要有氣體霧化法和離心霧化法，然后在環境中冷卻凝固得到金屬粉末的方法。
3.1氣體霧化法
氣體霧化法一般是在坩堝內溶解原料，從坩堝底部的噴嘴以噴霧狀噴射高速氣體產生的金屬熔液，使其冷凝生成金屬粉末。
3.2離心霧化法
離心霧化法采集鈦粉時， 目前，離心霧化法主要包括旋轉電極法(REP )、等離子體旋轉電極法、電子束旋轉盤法) EBRD )等。通過旋轉產生的離心力將金屬破碎，甩出霧狀的液滴后，使其凝固得到高純度的球形鈦粉。且粉末粒度可根據旋轉電極的轉速進行調整。離心霧化法得到的鈦粉呈球形，表面光亮、致密、流動性好、粒度分布窄，旋轉電極技術制得的粉末在霧化球形鈦粉中不常見伴生相，粉末粒度更均勻，但該方法制得的鈦粉成本較高， 與氣體霧化制得的粉末相比，目前普遍用于航空航天領域。
4 .金屬熱還原法
傳統的球形鈦粉制備金屬熱還原法主要有TiO2鈣熱還原法和TiCl4金屬熱還原法。 鎂還原法生產鈦粉主要是海綿鈦生產過程中產生的等外鈦粉，由于雜質成分含量高， TiO2鈣熱還原法是在高溫下利用金屬鈣將TiO2還原來制造鈦粉; TiCl4金屬還原法有鎂還原法(Kroll法)和鈉還原法)Hunter法)。專門用于鈦粉生產的鈦粉產品純度極低，特別是氧、氮、鐵、碳不純。
5 .熔鹽電解法
和其他活性金屬一樣，電解法生產鈦粉需要在熔融鹽介質中進行。 但由于無法控制鈦和氯的逆反應而中止。 目前，意大利Ginatta公司在都靈市建立大型試驗工廠繼續研究該技術，傳統的熔鹽電解法是將鈦鹽溶解在熔鹽中。 美國的Dow-Howmet和Timet分別建造了兩條電解線路，提出了無隔膜的氯化電解法、氟化法。
鈦粉的應用
1 .航空航天領域
鈦材已經廣泛應用于航空航天領域。 因為鈦合金具有高強度、高耐熱性能、比強度等特點。 降低飛機起飛/著陸的跑道距離，鈦合金可以在降低飛機整體重量的同時提高飛機的能力，提高飛機的機動性、操縱性和掛載能力。
隨著中國國力的提高，海洋權益維護能力日益增加，艦載機數量也隨之增大，耐海水腐蝕的鈦材需求量將逐年上升。
2 .石油化工領域
研究表明，在高溫高壓、高腐蝕介質、高氯環境下，鈦合金仍然是材料。鈦材種類單一，主要使用工業用純鈦和TA10。 兩種鈦材價格都很便宜，熔煉技術、加工技術、焊接技術在國內都很成熟， 石油化工領域主要使用鈦和鈦合金的耐腐蝕性能，對耐熱性能要求不高，因此與航空航天領域使用的鈦材相比，因此可以在國內石油化工領域大量使用。
3 .海洋工程領域
鈦材海水腐蝕和海洋氣氛腐蝕優良，海洋工程有望成為新型的鈦民生市場。 在海洋工程中，且溶出離子極少，無毒性，不受環境污染，很好地滿足了海洋工程方面的應用需要， 鈦材在海洋工程領域的應用不僅可以減輕相關設備的自身質量，還可以降低維護成本，鈦主要用于海洋油氣開發、海邊樓盤、沿海發電廠、海水淡化裝置、船舶、海洋漁業、海洋能源轉換等。 不僅如此，鈦材具有優異的低溫性能，延長相關設備的壽命。 例如，船舶使用鈦材的話，設備壽命可以延長到30~40年，但鎂鋁合金、軟鋼等船舶10年需要維護。在-253下保持一定的塑性，低溫環境下的體積變化小，適合北極的破冰船等。
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