簡(jiǎn)單了解鈦粉的制備工藝技術(shù)

      鈦及其合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐熱性好、耐腐蝕等優(yōu)良性能，在航空航天、造船工藝、化工、機(jī)械制造、硬質(zhì)合金等方面均有廣闊的應(yīng)用前景。但是傳統(tǒng)的鈦冶金具有工藝周期長(zhǎng)、能耗大、利用率低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致鈦合金成本高、價(jià)格較貴，限制了其廣泛應(yīng)用。因此，降低鈦及鈦合金成本是進(jìn)一步擴(kuò)大鈦的應(yīng)用的重要途徑。

      粉末冶金法的近凈成形、能耗低、材料利用率高等優(yōu)勢(shì)使其有望成為今后鈦冶金工業(yè)的主要發(fā)展方向之一，鈦粉的質(zhì)量及成本對(duì)其粉末冶金產(chǎn)品質(zhì)量極為重要。此外，鈦粉還廣泛用作鑄鋁細(xì)化劑、吸氣劑、煙花爆竹、金屬構(gòu)件表面改質(zhì)劑、鋁合金添加劑、生產(chǎn)鈦化合物的原料等。

      目前國(guó)內(nèi)外制取鈦粉的方法很多，主要有機(jī)械合金化、氫化脫氫法(HDH)、霧化法、金屬熱還原法和熔鹽電解法。

鈦粉的制備工藝

1.機(jī)械合金化

機(jī)械合金化是金屬或者合金粉末在高能球磨機(jī)中通過(guò)粉末顆粒與磨球之間長(zhǎng)時(shí)間的激烈沖擊、碰撞，使粉末顆粒反復(fù)產(chǎn)生冷焊、斷裂，導(dǎo)致粉末原子間擴(kuò)散，從而獲得粉末的一種粉末制備工藝。機(jī)械合金化制備鈦及鈦合金粉末，是將鈦基化合物或混合粉末與研制介質(zhì)(通常需要加入少量的工藝控制劑)裝入高能球磨機(jī)中(充氬氣保護(hù))進(jìn)行研磨，研磨過(guò)程中粉末顆粒經(jīng)過(guò)反復(fù)焊接-斷裂-焊接的連續(xù)過(guò)程，不斷磨細(xì)并逐漸混合，制取粒度很細(xì)的粉末。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是研磨的物料可按任意比例搭配，可以制備合金料，也可以制備單一金屬粉末。

2.氫化脫氫法

氫化脫氫法(HDH)是利用鈦與氫的可逆特性制備鈦粉的一種工藝，鈦吸氫后產(chǎn)生脆性，經(jīng)機(jī)械破碎制成氫化鈦粉，再將其在真空條件下高溫脫氫制取鈦粉。此工藝生產(chǎn)的鈦粉粒度范圍寬、成本低、對(duì)原料要求低，目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)鈦粉的主要方法，但該方法所制備鈦粉的O、N含量較高。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)制備低成本低氧含量鈦粉的研究日益活躍。

3.霧化法

霧化法是一種將液態(tài)金屬或合金流破碎成微小熔滴，隨后在環(huán)境中冷卻凝固得到金屬粉末的方法，目前霧化法制備鈦粉主要有氣體霧化法和離心霧化法。

3.1氣體霧化法

氣體霧化法一般是在坩堝內(nèi)將原料熔化，通過(guò)坩堝底部的噴嘴用高速氣體將產(chǎn)生的金屬熔液噴射呈噴霧狀，冷凝后生成金屬粉末。

3.2離心霧化法

離心霧化法制取鈦粉是借助旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力將金屬破碎，并以霧狀液滴甩出，之后凝固得到高純度的球形鈦粉。目前，離心霧化法主要包括旋轉(zhuǎn)電極法(REP)、等離子旋轉(zhuǎn)電極法和電子束旋轉(zhuǎn)盤(pán)法(EBRD)等。

離心霧化法制得的鈦粉為球形，表面光潔，較為致密，流動(dòng)性好，粒度分布較窄，且粉末粒度可通過(guò)旋轉(zhuǎn)電極的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整。與氣體霧化制備的粉末相比，旋轉(zhuǎn)電極工藝制備的粉末沒(méi)有霧化球形鈦粉中常見(jiàn)的伴生相，粉末粒度更加均勻，但采用此法生產(chǎn)的鈦粉成本高，目前一般用于航空航天領(lǐng)域。

4.金屬熱還原法

傳統(tǒng)的制備鈦粉的金屬熱還原法主要有TiO2鈣熱還原法和TiCl4金屬熱還原法。TiO2鈣熱還原法是在高溫下通過(guò)金屬鈣還原TiO2制備鈦粉；TiCl4金屬還原法包括鎂還原法(Kroll法)和鈉還原法(Hunter法)。鎂還原法制備鈦粉主要是制備海綿鈦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的等外鈦粉，因雜質(zhì)成分含量多，極少專(zhuān)門(mén)用于鈦粉生產(chǎn)；鈉還原法制備的鈦粉產(chǎn)品純度高，特別是氧、氮、鐵、碳雜質(zhì)含量低，流動(dòng)性好，是有前途的生產(chǎn)鈦粉的方法之一。

5.熔鹽電解法

與其他活性金屬類(lèi)似，電解法制備鈦粉必須在熔鹽介質(zhì)中進(jìn)行。傳統(tǒng)的熔鹽電解法是在熔鹽中溶解鈦鹽。美國(guó)Dow-Howmet和Timet曾分別建造了2條電解生產(chǎn)線，但因不能控制鈦與氯的逆反應(yīng)而終止。目前意大利Ginatta公司在托里諾市建造了大型試驗(yàn)工廠繼續(xù)研究此工藝，提出了無(wú)隔膜氯化電解法、氟化法。