中國(guó)粉體網(wǎng)訊  鈦及其合金具有密度低、比強(qiáng)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(jī)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(zhǎng)、能耗大,，利用率低等缺點(diǎn),，導(dǎo)致鈦合金成本高,、價(jià)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(jìn)一步擴(kuò)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(shì)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(duì)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(xì)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(guó)內(nèi)外制取鈦粉的方法很多，主要有機(jī)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

機(jī)械合金化

機(jī)械合金化是金屬或者合金粉末在高能球磨機(jī)中通過(guò)粉末顆粒與磨球之間長(zhǎng)時(shí)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(kuò)散，從而獲得粉末的一種粉末制備工藝,。機(jī)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(jī)中(充氬氣保護(hù))進(jìn)行研磨，研磨過(guò)程中粉末顆粒經(jīng)過(guò)反復(fù)焊接-斷裂-焊接的連續(xù)過(guò)程,，不斷磨細(xì)并逐漸混合,，制取粒度很細(xì)的粉末。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)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。

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(jī)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(duì)原料要求低，目前已經(jīng)成為國(guó)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(lái),，國(guó)內(nèi)外對(duì)制備低成本低氧含量鈦粉的研究日益活躍。

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。

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(guò)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。

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(pán)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(dòng)性好,，粒度分布較窄,，且粉末粒度可通過(guò)旋轉(zhuǎn)電極的轉(zhuǎn)速來(lái)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(méi)有霧化球形鈦粉中常見(jiàn)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,。

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(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的等外鈦粉，因雜質(zhì)成分含量多,，極少專(zhuān)門(mén)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(dòng)性好,，是有前途的生產(chǎn)鈦粉的方法之一,。

熔鹽電解法

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

鈦粉的應(yīng)用

航天航空領(lǐng)域

鈦材已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,，因?yàn)殁伜辖鹁哂懈邚?qiáng)度、高耐熱性能,、比強(qiáng)度高等特點(diǎn),。鈦合金可以在降低飛機(jī)的整體重量的同時(shí)提升飛機(jī)防彈能力，降低飛機(jī)起飛/著陸的跑道距離,，增加飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性,、可操控性和掛載能力。

隨著中國(guó)國(guó)力的日益提升,，對(duì)海洋權(quán)益的維護(hù)能力也與日俱增,，艦載機(jī)數(shù)量也不斷增大，對(duì)耐海水腐蝕的鈦材需求量將逐年上升,。

石油化工領(lǐng)域

研究表明,，在高溫高壓、高腐蝕介質(zhì),、高氯環(huán)境下,，鈦合金仍然是首選材料。由于在石油化工領(lǐng)域主要使用的是鈦及鈦合金的耐腐蝕性能,，對(duì)耐熱性能的要求不高,，所以與航空航天領(lǐng)域所使用的鈦材相比，鈦材種類(lèi)較為單一,，主要使用的是工業(yè)純鈦和TA10,。這兩種鈦材的價(jià)格都比較便宜，其熔煉工藝,、加工工藝和焊接工藝在國(guó)內(nèi)都比較成熟,，所以在國(guó)內(nèi)石油化工領(lǐng)域能夠大量使用。

海洋工程領(lǐng)域

鈦材因耐海水腐蝕和海洋氣氛腐蝕性能優(yōu)異,，且溶出離子極少,，無(wú)毒性和對(duì)環(huán)境無(wú)污染,，能夠很好地滿(mǎn)足海洋工程方面的應(yīng)用需求，海洋工程有望成為新型的鈦民用市場(chǎng),。在海洋工程方面,，鈦主要被用于海洋油氣開(kāi)發(fā)、海邊建筑,、沿海發(fā)電站,、海水淡化裝置、船舶,、海洋漁業(yè)、海洋能量轉(zhuǎn)換等方面,。鈦材在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用不但可以減輕相關(guān)設(shè)備的自身質(zhì)量,，而且可以減少維護(hù)成本和延長(zhǎng)相關(guān)設(shè)備的使用壽命。例如,，在船舶中使用鈦材,，其設(shè)備壽命可以延長(zhǎng)至30~40年，而鋁合金,、軟鋼等船舶10年就需要維護(hù),。不僅如此，鈦材還具有優(yōu)異的低溫性能,，在-253℃下還能保持一定的塑性,，并且在低溫環(huán)境中的體積變化較小，非常適合于北極破冰船等使用,。

生物醫(yī)療領(lǐng)域

鈦材因質(zhì)量輕,、彈性模量低、無(wú)毒性,、無(wú)磁性和生物學(xué)反應(yīng)小,，被世界公認(rèn)為生物醫(yī)療領(lǐng)域最理想的人體植入物金屬材料。鈦及鈦合金加工材被廣泛應(yīng)用于矯形外科,、心血管系統(tǒng),、神經(jīng)外科、口腔外科和人體外培養(yǎng)機(jī)等方面,。另外,，鈦材還因無(wú)毒以及表面TiO₂良好的殺菌作用被應(yīng)用于生物制藥等領(lǐng)域。在人體植入物方面,，鈦材被用來(lái)制備股骨頭,、種植牙髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié),、假體,、緊固螺釘?shù)�,，由此也可以看出，鈦材主要被用于骨科,，而骨科的植入生物材料占市�?chǎng)份額大約為38% ,，是植入生物材料最大的市場(chǎng)。骨科植入物產(chǎn)品主要包括脊柱類(lèi)產(chǎn)品,、創(chuàng)傷類(lèi)產(chǎn)品,、人工關(guān)節(jié)產(chǎn)品和神經(jīng)外科產(chǎn)品等。

參考文獻(xiàn)：

尚青亮等. 金屬鈦粉的制備工藝

徐志超. 國(guó)內(nèi)鈦粉應(yīng)用現(xiàn)狀

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