【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钛基化合物粉体，具体涉及一种低氧非化学计量比的氢化钛粉及其连续制备方法。
技术介绍
1、钛合金粉末冶金是一种先进的制造技术，其将钛合金粉末通过成形和烧结工艺制备成零件，这些零件则被广泛应用于化工、航空航天、汽车和医疗等领域；相较于传统的钛合金铸造工艺，钛合金粉末冶金技术材料具有原材料利用率高、制造成本低等众多的优势。目前钛合金粉末冶金常用的方法包括以下几种：（1）氢化脱氢法（hdh），该方法使用电解钛或海绵钛作为原料，成本较低，工艺简单，但粉末粒度范围宽， o、n含量高；（2）雾化法，该方法使用钛丝作原料，所制备的粉末杂质含量低，球形度好，但粒度较粗且工艺复杂成本高；（3）预合金法，使用部分或完全合金化的钛合金粉末作原料，所制备的粉末纯度高，氧、氮、氢等杂质含量低，但烧结性能差，粒度较粗且分布较宽；（4）射频等离子体球化法，使用氢化钛颗粒作原料，制备的球形粉末表面形貌好，纯度高，但是生产技术较难实现；（5）混合元素法，该方法所制备的粉末粒度可控，但存在致密性差、间隙元素含量高、烧结微观形貌差等问题。还有一些特定的钛合金粉末冶金方法，如电解法、气氛还原法、机械合成法和气体原子化法等，在实际应用中，选择合适的粉末冶金方法和原料对于控制钛合金的性能至关重要。通过优化工艺参数和处理步骤，可以进一步提高钛合金粉末的质量，从而制备出满足特定应用需求的高性能钛合金零件。
2、以上所述的hdh方法中，以氢化钛为原料制备出的产品无论从成本还是性能都更优于传统的钛粉末冶金，扩展了钛合金制品在高端领域的应用。氢化钛可有效提高
3、氢化钛tihx中x的范围大多为1.5-2.0，当x为2.0时称之为化学计量比氢化钛，当x＜2.0时称之为非化学计量比氢化钛；目前常用的氢化钛制备方案均是在高压氢气、300-600℃的温度下间歇反应合成，长时间高压的条件下能够合成化学计量比氢化钛tih2，合成反应较简单，但是这种原料用于hdh制备钛合金制品时在烧结过程中所需的脱氢活化能较高，放氢阶段速率过高收缩率大，容易导致制品开裂现象，而当x在1.5附近的非化学计量比氢化钛又存在金属性高不易破碎和脱氢的缺点。因此，综合考虑各自的优缺点，选择合适x值的非化学计量比氢化钛作为hdh原料以兼顾致密化作用、避免收缩、易破碎加工的特点是所需解决的问题之二。
4、非化学计量比氢化钛的制备主要有海绵钛吸氢和化学计量比氢化钛氢化脱氢两种，前者流程短耗能少，但是其氢化钛粉末不易球磨，而后者的脱氢过程则具有清洁表面降低含氧量的优势，两者各有优缺；此外，现有技术中加工氢化钛常用的是高压间歇式加热炉，生产效率低，难以实现工业化连续性生产，如何解决该问题也是本申请所关注的重点。
技术实现思路
1、本专利技术通过结合反应机理优化合成原料选择和配比，控制氢化和脱氢过程速率和其他工艺参数等等，可制备出具有合适x值、易于破碎加工、氧含量低的非化学计量比tihx粉，并可实现连续性生产，所制备的钛合金制品具有优异的加工成型性和力学性能，解决了现有技术中存在的难题。
2、首先，本专利技术提供了一种低氧非化学计量比的氢化钛粉的连续制备方法，具体为：将原料钛加入连续真空气氛回转窑，进氢气混合气至炉内压力稳定后，原料钛依次经过一次氢化区、脱氢区、二次氢化区、低温冷却区，最后经气流破碎分级即可。
3、进一步地，所述氢化钛tihx粉中，1.9≤x＜2。有研究同步表明，钛和氢气结合制备氢化钛的过程中，随着含氢量的增加钛逐渐发生α→α+β→α+β+δ→α+δ→δ的相变过程，δ相为易脆相，更有利于氢化钛的破碎，本专利技术控制1.9≤x＜2所制备的非化学计量比tihx粉具有优异的破碎表现，兼顾加工性和高活性的特点。
4、在一种优选的实施方式中，x为1.924时，非化学计量比tihx粉的破碎性和活性综合最优异。
5、进一步地，所述原料钛包括但不限于海绵钛、车削钛屑、钛合金屑、球形钛粉、球形钛合金粉中的至少一种。
6、所述原料钛的氧含量均不超过0.2%，粒度≥5目。
7、进一步地，一次氢化区的温度为500-700℃，原料钛的氢化反应为放热反应，所以一次氢化区的温度不需要太高，维持反应正常进行即可，温度低时反应速率较慢，温度过高时产生氢化钛的分解。
8、优选地，一次氢化区的温度为550-650℃，可选用的加热方式如电阻加热等；长度占回转窑加热区域长度的20-30%。
9、进一步地，脱氢区的温度为700-850℃，长度占回转窑加热区域长度的15-25%。经历一次氢化的钛在该区域会发生脱氢反应，由于此区域内氢气浓度依旧较高，实际上发生的是氢化钛分解与生成的可逆反应，温度过高时不仅会产生钛的烧结，还有可能使氢化钛的生成占主导地位从而抑制脱氢进程。
10、进一步地，所述氢气混合气为氢气和ticl4的混合气体，以更好地除氧。在本专利技术中，脱氢区的除氧行为表现在两个方面，一是经历一次氢化后的钛原料在该区域释放氢原子与粉体表面氧化层直接反应，可以起到清洁颗粒表面，降低含氧量的作用，但该方面的除氧程度较少，远不能满足需求。基于此，本专利技术优化进气选用氢气和ticl4的混合气体，从第二方面进一步除氧，具体分析：脱氢区的可逆反应见以下公式：
11、
12、
13、该过程将产生的大量的氢原子，在ticl4的催化作用下，氢原子会有效结合粉体中的氧使后者以h2o的形式被排出，从而显著降低粉体中的氧含量，具体反应公式为：
14、
15、优选地，所述ticl4的进气量占混合气体积总量的0.2-10%，更优选为0.5-5%。ticl4可促进活性氢的熔出，ticl4浓度过低，催化除氧效果较差，浓度过高会引起cl-杂质到材料中，降低材料性能，同时加速了对设备腐蚀。
16、进一步地，所述ticl4被加热至130-160℃后通入回转窑中，优选为150-155℃。
17、进一步地，混合气流速为1-20l/min，优选为1-10l/min。
18、进一步地，混合气保证回转窑内压力为0.01-0.1mpa；回转窑设备无法实现太高的炉内压力，但压力太低时不仅需要更高的烧结温度，还无法很好的完成两次氢化。
19、进一步地，二次氢化区的温度为450-650℃，优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低氧非化学计量比的氢化钛粉的连续制备方法，其特征在于，将原料钛加入连续真空气氛回转窑，进氢气混合气至炉内压力稳定后，原料钛依次经过一次氢化区、脱氢区、二次氢化区、低温冷却区，最后经气流破碎分级即可；
2.根据权利要求1所述的连续制备方法，其特征在于，所述原料钛包括海绵钛、车削钛屑、钛合金屑、球形钛粉、球形钛合金粉中的至少一种；所述原料钛的氧含量均不超过0.2%，粒度≥5目。
3.根据权利要求1所述的连续制备方法，其特征在于，所述TiCl4的进气量占混合气体积总量的0.2-10%，混合气流速为1-20L/min。
4.根据权利要求1所述的连续制备方法，其特征在于，所述一次氢化区的温度为550-650℃，长度占回转窑加热区域长度的20-30%；脱氢区的温度为700-850℃，长度占回转窑加热区域长度的15-25%；二次氢化区的温度为480-600℃，长度占回转窑加热区域长度的20-30%。
5.根据权利要求1或4所述的连续制备方法，其特征在于，所述回转窑还包括预热区和至少2个过渡区，具体制备方法为：将原料钛加入连续真空气氛回转窑
6.根据权利要求5所述的连续制备方法，其特征在于，所述制备方法中还使用有研磨介质，原料钛和研磨介质被送入回转窑后一直保持旋转研磨状态；所述研磨介质呈多面体结构，包括三角块形、五角星形、棱柱、棱锥中的至少一种，所述研磨介质最大长度为5-10mm，材质选自合金钢、碳化钨、氮化硅、碳化硅中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的连续制备方法，其特征在于，所述原料钛和研磨介质的质量比为1-5:1。
8.根据权利要求6所述的连续制备方法，其特征在于，所述原料钛在一次氢化区中的运转时间为2-5h。
9.由权利要求1-8任一项所述的连续制备方法得到的非化学计量比的氢化钛粉，其特征在于，所述氢化钛TiHx粉中x为1.924。
10.根据权利要求9所述的氢化钛粉，其特征在于，所述氢化钛粉的D90粒径＜20μm，含氧量低于1000ppm。
...【技术特征摘要】
1.一种低氧非化学计量比的氢化钛粉的连续制备方法，其特征在于，将原料钛加入连续真空气氛回转窑，进氢气混合气至炉内压力稳定后，原料钛依次经过一次氢化区、脱氢区、二次氢化区、低温冷却区，最后经气流破碎分级即可；
2.根据权利要求1所述的连续制备方法，其特征在于，所述原料钛包括海绵钛、车削钛屑、钛合金屑、球形钛粉、球形钛合金粉中的至少一种；所述原料钛的氧含量均不超过0.2%，粒度≥5目。
3.根据权利要求1所述的连续制备方法，其特征在于，所述ticl4的进气量占混合气体积总量的0.2-10%，混合气流速为1-20l/min。
4.根据权利要求1所述的连续制备方法，其特征在于，所述一次氢化区的温度为550-650℃，长度占回转窑加热区域长度的20-30%；脱氢区的温度为700-850℃，长度占回转窑加热区域长度的15-25%；二次氢化区的温度为480-600℃，长度占回转窑加热区域长度的20-30%。
5.根据权利要求1或4所述的连续制备方法，其特征在于，所述回转窑还包括预热区和至少2个过渡区，具体制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王桢，范韶伟，范韶云，
申请(专利权)人：宝鸡晨源金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。