本成果是本团队经过多年研究开发出来的具有独立自主知识产权的一项新技术,该技术在国际上处于领先水平。
制备高品质钛合金粉末的主要技术难点是对粉末氧含量、形貌及粒度的控制。目前,制备球形钛合金粉的常用方法是气体雾化法和旋转电极雾化法。气体雾化法制造的球形钛合金粉得到工业应用,但制备的粉末粒度偏大,且熔炼过程中钛与容器壁、陶瓷坩埚等反应,对球形钛粉纯度影响很大。近年来,旋转电极雾化法被应用于球形钛合金粉的制备领域,该种方法可以制备出球形钛合金粉,但粉末粒度偏大(45~100μm),且存在电极污染,不能满足对粉末粒度和纯度的要求。正是基于制备纯净微细球形钛合金粉的制备方法存在很大缺陷,迫切需要研究出短流程制备纯净微细球形钛合金粉的技术。
射频等离子体具有温度高(约104℃)、等离子体炬体积大、能量密度高、传热和冷却速度快、无电极污染等优点,是制备组分均匀、纯度高、流动性好、球形度高的球形粉末良好途径。以等离子体为热源,在金属粉末、陶瓷粉末及氧化物粉末的球化处理和制备方面,具有较大的技术优势。其球化过程是载气(氩气)将粉末送入高温等离子体中,粉末颗粒迅速吸热使其表面(或整体) 熔融,并在表面张力作用下缩聚成球状,骤冷凝结后获得球形粉末。该法制备的球形粉末杂质元素含量低、球化率高、粒度可控,被认为是制备高品质低氧球形钛合金粉末最有效的方法。
本研究团队以实现微细球形金属粉的产业化制备为目标,在国际上首次提出将射频等离子体处理与氢化脱氢(HDH)技术相结合利用,以大颗粒TiH2粉末为原料制备微细球形钛粉,解决了送粉难的问题(已申请国际专利)。以自行设计建造的国内首台100kw射频等离子粉体处理系统位依托,设备在电源功率、灯具结构、及点火方式等方面达到了国际先进水平。在射频等离子体处理过程中,大颗粒TiH2粉末通过等离子体高温区时,迅速吸热,发生脱氢分解反应,脱氢瞬间释放出的大量氢气致使结构疏松的脆性TiH2粉末产生“氢爆”效果,破碎生成微细颗粒,粉末粒度明显细化。与此同时,生成的微细颗粒在等离子高温区中吸能、熔融,并进一步缩聚形成球形粉末。TiH2的脱氢分解、“氢爆”、爆碎和球化处理一步完成,实现微细球形钛粉的短流程制备。利用该设备通过“氢爆”工艺可以批量制备平均粒径小于20微米的球形钛粉。上述球形微粉常规只能通过筛分获得,生产效率极低。该项目的实施对市场急需的微细球形钛粉的制备提供了创新的研究途径和生产技术,在微细球形粉末制备方面的理论研究、高性能新材料制品的制备及产业化实施的探索方面取得创新的研究成果。通过与等离子体旋转电极法对比,可以发现本技术方案可以大幅度缩短工艺流程,节省设备和时间,降低生产成本。