本發明專利技術屬于一種以等離子體為熱源進行粉末材料制備與加工的工藝，具體涉及粉末冶金、等離子體噴涂、注射成形、凝膠注模成形等金屬鈦粉末材料的工藝和裝置。本發明專利技術的優點是，采用高溫球化和快速冷凝特殊球化技術，能夠提高鈦粉的球形度和純度，反應器和鈦粉球化過程中均使用循環水冷卻，既保證了設備的密封性能、又減少了惰性氣體的使用量，有效降低成本、提高生產效率并能保障球形鈦粉的純度。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于一種粉末材料制備裝置和加工的方法，具體涉及一種以等離 子體為熱源進行粉末材料制備的裝置和方法。
技術介紹
等離子體具有高溫、高焓、高活性和溫度梯度大的特性，用等離子體做 熱源在微米亞微米以及某些納米粉末材料的球化處理方面，具有較大的技術 優勢。射頻等離子體技術和設備由于其不帶入任何雜質、運行持續穩定、材 料處理速度快、產能高和設備造價適中，使之較微波和直流弧等離子體熱源 更廣泛地應用于粉末材料
在高性能結構材料或功能材料制備和加 工領域具有更高的應用價值。鈦及其合金是20世紀中期發展起來的一種重要金屬，由于其具有密度 低、比強度高、耐蝕性好、耐熱性高、無磁、焊接性能好等優良性能,在軍工 和民用領域具有獨特的應用，但長期以來鈦的高成本成為制約其擴大民用市 場的瓶頸。近年來,鈦業界正在朝著開發成本低且性能高的方向發展,努力使鈦 進入到具有巨大市場潛力的民用工業,如生物醫學、汽車、紡織、生活用品等 各個領域，而降低鈦合金產品的制造、加工成本成為鈦合金生產的關鍵所在。目前，制備鈦合金較成熟的方法主要有真空熔煉、精密鑄造和粉末冶金 法。熔煉法和精密鑄造這些工藝存在缺陷，成分易于偏析和組織不均勻、引 進夾雜、生產效率低和生產成本高。傳統粉末冶金法采用簡單的工藝生產較 高性能鈦合金，但該方法只能生產簡單形狀零件。注射成形雖然可以實現復 雜零件的近凈尺寸制備，但零件尺寸受到限制。而凝膠注模成形方法可以批 量生產成分和組織均勻、近凈尺寸的復雜形狀大尺寸零件，原料利用率幾乎 達到100%，且零部件的穩定性好，均勻性和機械性能可以完全得到保證，將 其應用于鈦及鈦合金領域，可以實現鈦合金零部件的低成本連續化生產。但 是，在鈦制品的注射成形和凝膠注模成形中需要原料粉末具有較好的球形度， 目前主要采用氣霧化鈦合金粉末，成本較高。采用等離子技術對不規則形狀的低成本鈦粉進行球化處理是進一步降低注射和凝膠注模成形鈦制品成本的 有效途徑，符合鈦制品產業發展方向，為實現低成本高性能鈦制品在民用工 業的大規模應用具有重荽的現實意義。制備球形鈦粉歐洲最早采用金屬熔液液滴流撞擊阻擋板，受阻力作用分 裂為小滴后冷卻固化成形，所得到的鈦球，多數為橢球和一些兩端為圓頭的棒狀的粉末。此后美國的Preston等用直流弧等離子體熔融、冷卻成形方法獲 得成功，得到無橢球和棒狀顆粒的球化鈦粉，但需將制成品分檢出未球化粒 子，進行再加工。進入上世紀90年代后,球形粉末的需求越來越大,等離子噴 霧技術得到了充分的發展。國外已將等離子噴霧技術成功應用于制取球形粉 末、超細粉末、噴涂、CVD金剛石沉積等眾多領域。如加拿大的PyroGenesis 有限公司已于1998年底將等離子噴霧用于工業規模生產球形鈦粉，該公司使 用的是直流非轉弧等離子噴嘴,等離子噴霧設備由三個與垂直方向成20—40 °角的噴嘴組成，由此克服粉末顆粒難于送達等離子體弧芯部高溫區的不足。 但這些直流弧等離子體法的主要缺陷是其電極燒損、引入雜質，而且電極必 須定時更換，影響設備系統的連續穩定運行。目前制備細小球形金屬鈦粉末的方法，生產率較低，成本較高。射頻等 離子體法是制備出組分均勻、缺陷少、流動性好、球形度好的鈦粉或鈦合金 粉，又兼備較低的生產成本，較高的生產率，是一種較好的技述途徑。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種生產效率高、制備的鈦粉球形度好、純度高且 生產成本低廉的制備球形鈦微粉或超微粉的裝置和方法。本專利技術是這樣實現的， 一種制備球形鈦微粉或超微粉的裝置，它包括一 個固定件，與固定件下部密封連接的石英管套件，貫穿固定件并與其密封連 接的粉體原料注入槍，在石英管套件外套有高頻感應線圈，所述的石英管套 件是由內石英管、中石英管和外石英管同軸布置而成，外石英管與內石英管 下端相連，中石英管的下端與外石英管和內石英管的底部之間留有流通間隙， 使內石英管和中石英管之間，中石英管與外石英管之間形成石英管套件的冷 卻通道，在固定件上設有冷卻水進、出口，它們與石英管套件的冷卻通道相 通；所說的粉體原料注入槍是由鋼制的內管、中管和外管同軸布置而成，外 管和內管的底部之間相連，中管的下端與外管和內管的底部之間留有流通間隙，使內管和中管之間，中管與外管之間形成粉體原料注入槍的冷卻通道， 在固定件上還開有注入槍冷卻水進、出口，它們與粉體原料注入槍冷卻通道 相通；在固定件上同時還設有反應氣體輸入口和保護氣體輸入口，它們均與內石英管相通；在石英管套件外下側開有點火隧道，在點火隧道內設有可移動的放電裝置，石英管套件的下部設有熱交換室，熱交換室通過連接管與氣 固分離室連接。所述的高頻感應線圈是用紫銅管外包套聚四氟乙稀管，繞制成直經相同的4 5匝同軸線圈。所述的熱交換室外部設有冷卻裝置，冷卻劑出口設在冷卻劑裝置的上部， 冷卻劑入口，設在冷卻劑裝置的下部。一種制備球形鈦微粉或超微粉的方法，它包括以下幾個步驟，1) 建立穩定運行的氬等離子體炬；2) 利用攜帶氣體將金屬鈦粉注入氬等離子體炬的芯部高溫區加熱；3) 將加熱熔融后的鈦粉顆粒液滴冷卻固化形成球形鈦粉末；4) 將氣體抽離，收集球形鈦粉。本專利技術的優點是，使用本專利技術所提供的裝置和方法采用高溫球化和快速 冷凝特殊球化技術，能夠提高鈦粉的球形度和純度，反應器和鈦粉球化過程 中均使用循環水冷卻，既保證了設備的密封性能、又減少了惰性氣體的使用 量，有效降低成本、提高生產效率并能保障球形鈦粉的純度。 附圖說明圖1是本專利技術所提供的一種制備球形鈦微粉或超微粉的裝置結構剖面示 意圖2是本本專利技術所提供的一種制備球形鈦微粉或超微粉的裝置中粉體原 料注入槍結構剖面示意圖3是鈦粉原粉的掃描電子顯微圖片； 圖4是球形鈦粉的掃描電子顯微圖片。圖中，l粉體原料注入槍，2反應氣體輸入口， 3保護氣體輸入口 4內石 英管，5石英管冷卻水出口， 6固定件，7石英管冷卻水進口， 8高頻感應線 圈，9中石英管，10石英管套件，、11放電裝置，12點火隧道，13等離子體 炬，14外石英管，15注入槍冷卻水進口， 16注入槍冷卻水出口， 17內管，18中管，19外管，21冷卻劑出口， 22熱交換室，23連接管，24冷卻劑入口，25粉末出口， 26氣固分離室，27冷卻裝置。具體實施例方式按照本專利技術用等離子體裝置加工鈦粉，利用射頻(RF)等離子體的高能 特性，將形狀不規則的鈦原粉顆粒用攜帶氣體(氬氣)通過加料槍注入等離子 體炬，不規則的鈦原粉顆粒被迅速加熱而熔化，熔融的顆粒在表面張力的作用 下形成球形度很高的液滴，并在極高的溫度梯度下迅速凝固，可以形成球形度 好的鈦粉。本專利技術裝置主要包括高頻等離子體電源，等離子體發生器和反應器， 一個 喂料器、 一個熱交換室、 一個氣固分離、粉末材料收集室和一個加料槍。這些 設備組成運行穩定、連續工作、產能高的可產業化生產系統。本專利技術采用高溫球化和快速冷凝特殊球化技術，反應器和鈦粉球化過程中 均使用循環水冷卻，既保證了設備的密封性能、又減少了惰性氣體的使用量， 有效降低成本、保障球形鈦粉的純度。本專利技術根據鈦粉球化要求所設計建立的系統使各項技術參數的調整范圍 得以拓寬，有利于調控優化等離子體功率、密度，反應器內壓力、氣流等參數 組合，配之以符合原料鈦粉處理特本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制備球形鈦微粉或超微粉的裝置，它包括一個固定件（６），與固定件（６）下部密封連接的石英管套件（１０），貫穿固定件（６）并與其密封連接的粉體原料注入槍（１），在石英管套件（１０）外套有高頻感應線圈（８），其特征在于：所述的石英管套件（１０）是由內石英管（４）、中石英管（９）和外石英管（１４）同軸布置而成，外石英管（１４）與內石英管（４）下端相連，中石英管（９）的下端與外石英管（１４）和內石英管（４）的底部之間留有流通間隙，使內石英管（４）和中石英管（９）之間，中石英管（９）與外石英管（１４）之間形成石英管套件（１０）的冷卻通道，在固定件（６）上設有冷卻水進、出口（７，５），它們與石英管套件（１０）的冷卻通道相通；所說的粉體原料注入槍（１）是由鋼制的內管（１７）、中管（１８）和外管（１９）同軸布置而成，外管（１９）和內管（１７）的底部之間相連，中管（１８）的下端與外管（１９）和內管（１７）的底部之間留有流通間隙，使內管（１７）和中管（１８）之間，中管（１８）與外管（１９）之間形成粉體原料注入槍（１）的冷卻通道，在固定件（１０）上還開有注入槍冷卻水進、出口（１５，１６），它們與粉體原料注入槍（１）冷卻通道相通；在固定件（６）上同時還設有反應氣體輸入口（２）和保護氣體輸入口（３），它們均與內石英管（４）相通；在石英管套件（１０）外下側開有點火隧道（１２），在點火隧道（１２）內設有可移動的放電裝置（１１），石英管套件（１０）的下部設有熱交換室（２２），熱交換室（２２）通過連接管（２３）與氣固分離室（２６）連接。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：葉高英，古忠濤，劉川東，郭志猛，郝俊杰，
申請(專利權)人：核工業西南物理研究院，
類型：發明
國別省市：90[中國|成都]
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