簡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、能耗大、利用率低等缺點，導(dǎo)致鈦合金成本高、價格較貴，限制了其廣泛應(yīng)用。因此，降低鈦及鈦合金成本是進一步擴大鈦的應(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。

      目前國內(nèi)外制取鈦粉的方法很多，主要有機械合金化、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.機械合金化

機械合金化是金屬或者合金粉末在高能球磨機中通過粉末顆粒與磨球之間長時間的激烈沖擊、碰撞，使粉末顆粒反復(fù)產(chǎn)生冷焊、斷裂，導(dǎo)致粉末原子間擴散，從而獲得粉末的一種粉末制備工藝。機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)裝入高能球磨機中(充氬氣保護)進行研磨，研磨過程中粉末顆粒經(jīng)過反復(fù)焊接-斷裂-焊接的連續(xù)過程，不斷磨細并逐漸混合，制取粒度很細的粉末。這種工藝的優(yōu)點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、對原料要求低，目前已經(jīng)成為國內(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，國內(nèi)外對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，流動性好，粒度分布較窄，且粉末粒度可通過旋轉(zhuǎn)電極的轉(zhuǎn)速來調(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有霧化球形鈦粉中常見的伴生相，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)過程中產(chǎn)生的等外鈦粉，因雜質(zhì)成分含量多，極少專門用于鈦粉生產(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

與其他活性金屬類似，電解法制備鈦粉必須在熔鹽介質(zhì)中進行。傳統(tǒng)的熔鹽電解法是在熔鹽中溶解鈦鹽。美國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工廠繼續(xù)研究此工藝，提出了無隔膜氯化電解法、氟化法。