一文了解钛粉的制备技术与应用


来源:中国粉体网   Betty

[导读]  一文了解钛粉的制备技术与应用

中国粉体网讯  钛及其合金具有密度低、比强度高、耐热性好、耐腐蚀等优良性能,在航空航天、造船工艺、化工、机械制造、硬质合金等方面均有广阔的应用前景。但是传统的钛冶金具有工艺周期长、能耗大,利用率低等缺点,导致钛合金成本高、价格较贵,限制了其广泛应用。因此,降低钛及钛合金成本是进一步扩大钛的应用的重要途径。

粉末冶金法的近净成形、能耗低、材料利用率高等优势使其有望成为今后钛冶金工业的主要发展方向之一,钛粉的质量及成本对其粉末冶金产品质量极为重要。此外,钛粉还广泛用作铸铝细化剂、吸气剂、烟花爆竹、金属构件表面改质剂、铝合金添加剂、生产钛化合物的原料等。

目前国内外制取钛粉的方法很多,主要有机械合金化、氢化脱氢法(HDH)、雾化法、金属热还原法和熔盐电解法。

钛粉的制备工艺

机械合金化


机械合金化是金属或者合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间的激烈冲击、碰撞,使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂,导致粉末原子间扩散,从而获得粉末的一种粉末制备工艺。机械合金化制备钛及钛合金粉末,是将钛基化合物或混合粉末与研制介质(通常需要加入少量的工艺控制剂)装入高能球磨机中(充氩气保护)进行研磨,研磨过程中粉末颗粒经过反复焊接-断裂-焊接的连续过程,不断磨细并逐渐混合,制取粒度很细的粉末。这种工艺的优点是研磨的物料可按任意比例搭配,可以制备合金料,也可以制备单一金属粉末。

氢化脱氢法


氢化脱氢法(HDH)是利用钛与氢的可逆特性制备钛粉的一种工艺,钛吸氢后产生脆性,经机械破碎制成氢化钛粉,再将其在真空条件下高温脱氢制取钛粉。此工艺生产的钛粉粒度范围宽、成本低、对原料要求低,目前已经成为国内外生产钛粉的主要方法,但该方法所制备钛粉的O、N含量较高。近年来,国内外对制备低成本低氧含量钛粉的研究日益活跃。

雾化法

雾化法是一种将液态金属或合金流破碎成微小熔滴,随后在环境中冷却凝固得到金属粉末的方法,目前雾化法制备钛粉主要有气体雾化法和离心雾化法。

气体雾化法


气体雾化法一般是在坩埚内将原料熔化,通过坩埚底部的喷嘴用高速气体将产生的金属熔液喷射呈喷雾状,冷凝后生成金属粉末。

离心雾化法


离心雾化法制取钛粉是借助旋转所产生的离心力将金属破碎,并以雾状液滴甩出,之后凝固得到高纯度的球形钛粉。目前,离心雾化法主要包括旋转电极法(REP)、等离子旋转电极法和电子束旋转盘法(EBRD)等。

离心雾化法制得的钛粉为球形,表面光洁,较为致密,流动性好,粒度分布较窄,且粉末粒度可通过旋转电极的转速来调整。与气体雾化制备的粉末相比,旋转电极工艺制备的粉末没有雾化球形钛粉中常见的伴生相,粉末粒度更加均匀,但采用此法生产的钛粉成本高,目前一般用于航空航天领域。

金属热还原法


传统的制备钛粉的金属热还原法主要有TiO2钙热还原法和TiCl4金属热还原法。TiO2钙热还原法是在高温下通过金属钙还原TiO2制备钛粉;TiCl4金属还原法包括镁还原法(Kroll法)和钠还原法(Hunter法)。镁还原法制备钛粉主要是制备海绵钛生产过程中产生的等外钛粉,因杂质成分含量多,极少专门用于钛粉生产;钠还原法制备的钛粉产品纯度高,特别是氧、氮、铁、碳杂质含量低,流动性好,是有前途的生产钛粉的方法之一。

熔盐电解法


与其他活性金属类似,电解法制备钛粉必须在熔盐介质中进行。传统的熔盐电解法是在熔盐中溶解钛盐。美国Dow-Howmet和Timet曾分别建造了2条电解生产线,但因不能控制钛与氯的逆反应而终止。目前意大利Ginatta公司在托里诺市建造了大型试验工厂继续研究此工艺,提出了无隔膜氯化电解法、氟化法。

钛粉的应用

航天航空领域


钛材已经广泛应用于航空航天领域,因为钛合金具有高强度、高耐热性能、比强度高等特点。钛合金可以在降低飞机的整体重量的同时提升飞机防弹能力,降低飞机起飞/着陆的跑道距离,增加飞机的机动性、可操控性和挂载能力。

随着中国国力的日益提升,对海洋权益的维护能力也与日俱增,舰载机数量也不断增大,对耐海水腐蚀的钛材需求量将逐年上升。

石油化工领域


研究表明,在高温高压、高腐蚀介质、高氯环境下,钛合金仍然是首选材料。由于在石油化工领域主要使用的是钛及钛合金的耐腐蚀性能,对耐热性能的要求不高,所以与航空航天领域所使用的钛材相比,钛材种类较为单一,主要使用的是工业纯钛和TA10。这两种钛材的价格都比较便宜,其熔炼工艺、加工工艺和焊接工艺在国内都比较成熟,所以在国内石油化工领域能够大量使用。

海洋工程领域


钛材因耐海水腐蚀和海洋气氛腐蚀性能优异,且溶出离子极少,无毒性和对环境无污染,能够很好地满足海洋工程方面的应用需求,海洋工程有望成为新型的钛民用市场。在海洋工程方面,钛主要被用于海洋油气开发、海边建筑、沿海发电站、海水淡化装置、船舶、海洋渔业、海洋能量转换等方面。钛材在海洋工程领域的应用不但可以减轻相关设备的自身质量,而且可以减少维护成本和延长相关设备的使用寿命。例如,在船舶中使用钛材,其设备寿命可以延长至30~40年,而铝合金、软钢等船舶10年就需要维护。不仅如此,钛材还具有优异的低温性能,在-253℃下还能保持一定的塑性,并且在低温环境中的体积变化较小,非常适合于北极破冰船等使用。

生物医疗领域


钛材因质量轻、弹性模量低、无毒性、无磁性和生物学反应小,被世界公认为生物医疗领域最理想的人体植入物金属材料。钛及钛合金加工材被广泛应用于矫形外科、心血管系统、神经外科、口腔外科和人体外培养机等方面。另外,钛材还因无毒以及表面TiO2良好的杀菌作用被应用于生物制药等领域。在人体植入物方面,钛材被用来制备股骨头、种植牙髋关节、膝关节、假体、紧固螺钉等,由此也可以看出,钛材主要被用于骨科,而骨科的植入生物材料占市场份额大约为38% ,是植入生物材料最大的市场。骨科植入物产品主要包括脊柱类产品、创伤类产品、人工关节产品和神经外科产品等。

参考文献:

尚青亮等. 金属钛粉的制备工艺

徐志超. 国内钛粉应用现状

(中国粉体网编辑整理/平安)

注:图片非商业用途,存在侵权告知删除!

推荐4
相关新闻:
网友评论:
0条评论/0人参与 网友评论

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国粉体网"的所有作品,版权均属于中国粉体网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国粉体网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

粉体大数据研究
  • 即时排行
  • 周排行
  • 月度排行
图片新闻