一种无坩埚连续熔化离心雾化制球形钛粉的设备及方法技术

本发明专利技术在研制了一种全新耐高温抗热冲击可连续作业的离心雾化盘基础上公开了一种无坩埚连续熔化离心雾化制球形钛粉的设备及方法（Continuous Electrode Induction‑melting Centrifugal Atomization,简称CEICA方法）。该设备包括连续送料装置、抽真空装置、惰性气体汇流排、熔化室、无接触式熔化装置、过热装置、离心雾化室、离心制粉装置、冷却装置及收集装置。本发明专利技术特点：特制离心雾化盘，在持续的高温、热冲击、高转速严苛环境下能大批量稳定生产可控规格的高纯钛合金粉；特制的连续送料装置连续送料效率高，能轻易满足大量生产；非接触式熔化，避免污染原料。本发明专利技术能以极高的效率连续生产1‑45μm微细粉或45‑150μm粗粉或150μm以上的粗粒，且生产的钛合金粉末球形度好、流动性强、无气孔、成材率高、含氧量低。

A Equipment and Method for Continuous Melting and Centrifugal Atomization of Spherical Titanium Powder without Crucible

The invention discloses a continuous melting centrifugal atomization device and method without crucible to produce spherical titanium powder (Continuous Electrode Induction melting Centrifugal Atomization, CEICA method) on the basis of developing a new centrifugal atomization plate with high temperature resistance and thermal shock resistance and continuous operation. The equipment includes continuous feeding device, vacuum pumping device, inert gas confluence, melting chamber, contactless melting device, superheater, centrifugal atomizing chamber, centrifugal powder making device, cooling device and collecting device. The invention has the following characteristics: a special centrifugal atomizing disk can produce high purity titanium alloy powder with controllable specifications in large quantities under the continuous high temperature, thermal shock and high speed harsh environment; a special continuous feeding device has high continuous feeding efficiency and can easily meet mass production; non-contact melting can avoid polluting raw materials. The invention can continuously produce 1 45 micron fine powder or 45 150 micron coarse powder or coarse grains over 150 micron with extremely high efficiency, and the titanium alloy powder produced has good sphericity, strong fluidity, no pore, high yield and low oxygen content.

【技术实现步骤摘要】
一种无坩埚连续熔化离心雾化制球形钛粉的设备及方法
本专利技术属于金属及合金粉末冶金
，具体而言，涉及一种制备球形钛合金微细粉末的设备及方法。
技术介绍
钛及钛合金具有优良的综合性能，在航空航天、航海、化工等领域得到日益广泛的应用。随着钛及钛合金粉末冶金零部件制造技术的发展，钛及钛合金粉末制造技术也得到了迅速发展。目前球形钛及钛合金粉末的生产方法主要为等离子旋转电极法和气体雾化法。等离子旋转电极法是采用等离子电弧将高速旋转的棒料熔化，并使液滴在离心运动过程中由于自身的表面张力形成球形粉末。由于动密封问题及棒料的长度限制了棒料的转速，制备的粉末粒度较粗，无法大量制备球形细粉。气体雾化法制备钛粉是采用高压惰性气流使金属熔汤雾化成粉，生产的产品很容易出现气孔，影响产品质量。另外，由于生产过程中需要使用大量高压惰性气体持续喷射，一来气体消耗较多，生产成本大大提高；二来生产时对气压、气量的要求很高，雾化工艺过程难以精确控制。离心雾化法是利用电机驱动离心盘高速旋转，将盘上的金属熔汤粉碎并高速甩出，使其在离心运动中依靠表面张力形成球形液滴，最终冷却成球形粉。通过改变离心雾化盘的直径与转速便可调节制得粉末的粒度，因此离心雾化法既可以生产注射成型使用的微细粉末（<45μm），也可以生产普通粉末冶金使用的粗粉（45μm—150μm）。使用离心雾化法制备球形钛粉时，雾化盘的大小与转速都将影响到球形钛粉的成功制备以及制备粉末的粒度、生产速度，而雾化盘能否长时间连续工作则影响着制钛粉的效率。专利CN103406543A提到“但现有的离心雾化装置通常以高速电机驱动小直径的离心盘高速旋转的方式来粉碎熔融金属液，离心盘主轴的转速通常要达到30000r/min以上”指出了离心雾化盘的高转速对于制备钛粉的重要性。普通的离心雾化盘并不能长时间高速旋转、长时间与钛金属熔汤接触。一来是离心盘本身高温强度达不到超高速连续作业要求，二来长时间与钛金属熔汤接触会加快离心盘的损耗，这无疑对连续大量生产超细球形钛粉造成困难。而该专利只是利用双转盘避开了高转速这一问题，没有解决如何让雾化盘能在制钛粉的高温、热冲击、高转速的苛刻环境下连续工作的难题，不能实际克服制钛粉的作业困难，局限性明显。另外该方案的装置在制钛粉时使用坩埚加热熔化且使用输送管输送高温钛熔汤，由于钛在高温下易与多种元素及化合物发生反应，这一做法会使钛熔汤受到污染，影响最终产品的纯度；该方案熔化、制粉过程在密封的熔化室中进行，在原料消耗完毕后需要打开熔化室加料，无法满足连续送料从而无法大规模连续生产。为了满足连续高效率生产高纯度球形钛粉，目前亟需有一款耐高温、耐热冲击、可连续高转速作业、与钛金属溶液反应少的离心雾化盘及简单易控的设备，可以简单方便地高效率制备球形度好、粒度可控的高纯超细球形钛粉。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种技术可靠、产品粒度易控且能连续、高效率生产球形微细钛合金粉的设备及方法。应用离心雾化法制备微细球形钛粉，技术关键在于离心雾化盘。因此本专利技术在研制了一种全新的耐高温、抗热冲击、可连续高转速作业的离心雾化盘基础上，研究制造了本专利技术所述的无坩埚连续熔化离心雾化制球形钛粉的设备。本专利技术设备中使用的耐高温、抗热冲击、可连续作业的离心雾化盘为金属基体加陶瓷涂层构成的复合盘，直径为Ф15-150mm，转速为10000-150000rpm。控制离心盘的转速及大小、形状，可以制得1-45μm微细粉、45-150μm的粗粉以及150μm以上的粗粒。本专利技术意在高效率连续生产钛粉，离心雾化盘在制粉过程中处于1800℃高温下以超高转速长时间运转，钛在高温时又易与多种元素及化合物发生反应，因此雾化盘需满足：（1）耐1800℃高温；（2）耐1800℃热冲击；（3）可连续高速旋转；（4）与钛金属熔汤反应极少；（5）足够润湿，润湿角小，易于成形。为了满足这一系列要求，在经过不断的理论探索与实际验证后，本专利技术采用复合盘，以最合适的材料制造了耐高温、耐热冲击的雾化盘基体，在基体表面喷涂耐高温、耐热冲击、与钛金属熔汤反应极少的涂层，构成了在1800℃环境下依然能以高转速长时间使用的复合盘。另外，圆盘表面的涂层在高温下稳定，不会脱离金属基体。根据不同的使用时间和成本，可供复合盘基体使用的耐高温材料为铼或钽或钨或钼或铪或以上各金属的合金，基体表面涂层则为100-500μm氧化锆或氧化钇或锆酸钡或它们的复合层或以它们为基的陶瓷的复合层。基体耐高温、耐热冲击，涂层耐高温、耐热冲击且与钛金属熔汤反应极少，组成的复合盘可以满足生产要求，连续快速制造纯度较高的微细球形钛粉。根据所制粉末颗粒的要求，复合盘的形状可以是无弧度的圆盘，也可以是有一定弧度的杯状或碗状圆盘。对于离心雾化法，雾化盘加速度越大，制得的钛粉粒度越细，提高转速、增大圆盘直径以及增加液滴受到的向心力都可以减小粉末的粒度。当制取钛合金粗粉时，无弧度圆盘就能够为液滴提供足够的向心力。当制取钛合金微细粉时，需要采用有一定弧度的杯状或碗状的大直径离心雾化盘，以便向液滴提供足够的向心力。过高的向心力会使得液滴与盘之间的压力增加，加速盘的损坏，而本专利技术由于氧化锆、氧化钇等耐高温陶瓷涂层的存在，雾化盘的使用寿命大大提高。目前国内外离心雾化法所用转盘难以在制钛粉所需的高温、热冲击、高转速这种苛刻环境下连续工作，本专利技术在不断的理论探索与实际验证后，开发出的复合盘能在高温、热冲击环境下高转速连续工作，生产效率大大提高；不易与钛熔汤反应，保证了产品的纯度。本专利技术这一技术解决了离心雾化法高效率制备可控粒度微细球形钛粉的难题，使离心雾化法制钛粉取得了巨大突破，配合下述整套生产设备，能够简单、快捷地制备大量微细球形钛粉。本专利技术的无坩埚连续熔化离心雾化制球形钛粉的设备，其特征在于：所述装置包括连续送料装置、抽真空装置、惰性气体汇流排、熔化室、无接触式熔化装置、过热装置、离心雾化室、离心制粉装置、冷却装置及收集装置。本专利技术所述的连续送料装置配有两个及以上的固定装置，送料过程中由固定装置夹持原料棒缓慢旋转向下送入熔化室中，当处于下端的固定装置到达送料装置底部时即松开原料棒，从另一侧上升至顶部，以此轮番固定新的原料棒，实现连续送料，提高生产效率。所述的熔化室、离心雾化室、收集装置内部相互连通并处于惰性气体保护之中，与外界隔绝，熔化室上有密封装置、环形感应线圈、温度感应装置，离心雾化室内有离心雾化盘、高速转轴，离心雾化室外部与冷却装置相连接。熔化室进料口装有旋转密封装置，在预抽真空阶段可保证装置内部密封性，而在生产过程中，由于熔化室过压，熔化室外的空气不会由于原料棒的旋转送入而进入熔化室，保证了熔化室的惰性气体氛围。熔化室、离心雾化室相连通且与外界隔离，熔化室上有密封装置、环形感应线圈、温度感应装置，离心雾化室内有离心雾化盘、高速转轴，离心雾化室外部与冷却装置相连接。熔化和离心制粉的过程始终处于惰性气体的保护之下。所述的惰性气体为氩气或氦气。所述的收集装置可以在惰性气体气氛下对所得粉末收集，收集装置与冷却装置相连接，使粉末可以快速冷却。本专利技术所用的钛合金棒通过机床加工成长度为300-1000mm，直径为Ф30-100mm的原料棒，前端和末端加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特殊的离心雾化盘，其特征在于该离心雾化盘由基底加涂层构成，基底材料为铼或钽或钨或钼或铪或以上金属的合金，涂层材料为氧化锆或氧化钇或锆酸钡或它们的复合层或以它们为基的陶瓷的复合层，涂层厚度为100‑500μm。

【技术特征摘要】
1.一种特殊的离心雾化盘，其特征在于该离心雾化盘由基底加涂层构成，基底材料为铼或钽或钨或钼或铪或以上金属的合金，涂层材料为氧化锆或氧化钇或锆酸钡或它们的复合层或以它们为基的陶瓷的复合层，涂层厚度为100-500μm。2.根据权利要求1所述特殊的离心雾化盘，可以是无弧度的平整圆盘，也可以是有一定弧度的杯状或碗状圆盘，直径为Ф15-150mm，转速为30001-150000rpm。3.一种装备了权利要求1所述特殊的离心雾化盘的无坩埚连续熔化离心雾化制球形微细钛合金粉的设备，其特征在于，该设备包括连续送料装置、抽真空装置、惰性气体汇流排、熔化室、无接触式熔化装置、过热装置、离心雾化室、离心制粉装置、冷却装置及收集装置。4.一种适于权利要求3所述设备使用的无坩埚连续熔化离心雾化制球形微细钛合金粉的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）在机床加工出大小合适的原料棒，前端和末端加工为几何形状相同的内凹、外凸锥形，并在凹、凸锥形处加工出螺纹以供旋转连接；（2）将加工好的原料棒连接后通过连续送料装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明生，
申请(专利权)人：朱明生，
类型：发明
国别省市：北京,11