射频感应等离子体制备球形ti粉的工艺

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1、2010年2月NuclearPowerEngineeringFeb.2010文章编号：0258-0926(2010)01-0013-05射频感应等离子体制备球形Ti粉的工艺古忠涛，叶高英，刘川东，童洪辉（西南物理研究院，成都，610041）摘要：采用射频（RF）感应等离子体球化颗粒形状不规则的Ti颗粒。研究了加料速率、物料分散方式、Ti颗粒大小等因素对球化率的影响。电子扫描显微镜（SEM）观察的球化效果以及对钛粉振实密度的测定表明：当钛原粉以极短暂时间快速穿越等离子体炬时，钛粉颗粒因受热而熔化成液滴，快速冷却，形成球形固态颗粒。关键词：射

2、频等离子体；球化；钛粉中图分类号：TL214+.2文献标识码：A形状不规则的钛粉。采用该方法制备球形钛粉，其制备成本低、并且可得到纯度高、球形度高的粉体。1引言目前，国内高球形度钛粉主要通过气雾化方法制造，对钛粉直接加热蒸发。由于钛是高熔点活性金属，在坩埚中熔化时易污染，无法保持纯度。加拿大的PyroGenesis有限公司于1998年底将等离子体喷雾用于工业规模生产球形钛粉；该公司使用的是直流非转弧等离子喷嘴，等离子喷雾设备由3个与垂直方向成20°～40°的喷嘴组成；3个喷嘴对着同一个顶点，形成一个等离子区域；这种工艺的优点是热焓量大且电

3、极损耗小。该方法是目前唯一能批量生产细小球形高活性金属粉末的方法，但生产效率较低，粉末成本较高[1]。射频感应等离子体具有能量密度高、加热强度大、等离子体炬的体积大、处理材料工艺简单等优点[2]。由于没有电极，不会因电极蒸发而污染产品；同时可采用多种气体，更有利于材料的处理。形状不规则的钛粉颗粒由携带气体通过加料枪喷入等离子体炬中，在辐射、对流、传导和化学4种机制作用下，被迅速加热而熔化。熔融的颗粒在表面张力的作用下形成球形度很高的液滴，并在极短时间内迅速凝固形成球形的颗粒[3]。本文介绍了制备球形钛粉的实验与工艺，实验采用等离子体高温熔

4、化和快速冷凝球化技术，在快速冷凝条件下，用射频感应等离子体，球化2实验装置与方法2.1实验装置实验装置由以下几部分构成（图1）：射频感应等离子体（RF）发生器，用于产生激励电磁场，频率为3.5MHz，额定功率为100kW；等离子体水冷灯具，内部充有中心气（氩气）和保护气体（氩气）；喂料器；加料枪；热交换室用水冷却；气-固分离室；尾气排放系统。图1射频感应等离子体实验装置简图Fig.1SchematicDiagramofRFInductionPlasma1——加料枪；2——中心气；3——保护气体；4——冷却水出口；5——冷却水入口；6——T

5、esla线圈；7——尾气排放收稿日期：2008-10-10；修回日期：2009-03-08核动力工程14Vol.31.No.1.20102.2实验方法2.2.1球形钛粉制备实验所用的海绵状钛粉平均尺寸在80～100μm。制备球形钛粉的方法如下：（1）建立稳定的氩等离子炬。（2）将原料粉体颗粒用携带气体（氩气）经加料枪喷入等离子体炬中。（3）等离子体炬中的钛粉颗粒在极短的时间内吸收大量的热而迅速融化，并以极快的速度进入热交换室冷却凝固后，再进入气-固分离室中收集起来。实验参数见表1。表1RF感应等离子体球化Ti粉体的实验参数Table1Ex

6、perimentalParametersforRFInductionPlasmaSpheroidizationofTiPowders图2Ti粉原粉和球化后试样的SEM照片Fig.2ElectronScanningMicrographofTitaniumPowdersbeforeandafterSpheroidization输送钛粉量/g·min球化，统计出的球化率为98%。当加料速率105.50g/min时，球化样品颗粒的形貌如图3b所示；图中未被球化的粉体颗粒较图3a中的多，统计出的球化率为90%。当加料速率进一步增大到135.00g/

7、min时，球形颗粒的比例进一步减小（图3c），统计出的球化率降为70%。当加料速率增大到165.75g/min时，从图3d中可以看出只有少部分的颗粒被球化，样品的球化率仅为40%。图4是加料速率对球化率的关系图。从图4中可以看出，当加料速率大于120g/min时，钛粉的球化率随着加料速率的增大迅速降低。因此，控制加料速率对钛粉球化效果非常重要。3.3球化率对粉体装松密度的影响为了研究粉体的球化率对装松密度的影响，用流动仪测定了图3中球化的4种样品的装松密度。测定的结果见表2。从表2可以看出，随着球化率的提高，粉体的装松密度逐渐变大。原料粉

8、体在球化后，颗粒的形貌由极不规则的形状变为了光滑的球形，颗粒之间的接触面积小，颗粒堆积较密实。因此，球化率越高的粉体的松装密度随之增大。3.4球化前后钛粉的振实密度用霍尔流量计测定等离子体处理