一种制备低氧高质量氢化脱氢钛粉的方法

摘要

一种制备低氧高质量氢化脱氢钛粉的方法，属于粉末冶金钛领域。本发明以海绵钛、废钛、钛屑或残钛边角料等为原料，经氢化脱氢后，加入TiCl2作为除氧剂，将TiCl2和钛粉混合均匀后进行退火处理，使得TiCl2与氢化脱氢钛粉及粉末表面的氧化膜发生氧化还原反应，生成气态TiClxOy，使氧从钛粉中脱除，达到大幅度降低钛粉氧含量、净化粉末的作用。此外，TiCl2的加入并不会引入其他杂质改变钛粉的特性。本发明制备工艺简单，无需额外设备，除氧剂价格低廉，有利于高质量低成本钛粉的制备，并且大大提高了残钛的回收利用率，对钛产业的低成本制备及绿色可循环生成具有重大意义。

权利要求

1.一种制备低氧高质量氢化脱氢钛粉的方法，其特征在于，具体制备步骤如下：(1) 将钛料放入氢气炉中进行氢化处理，氢化温度为350‑800℃，保温3‑10h,得到氢化钛料；

(2) 将步骤（1）所述氢化钛料进行高能球磨，球料比为4:1‑6:1，球磨时间是12‑36h，破碎后得到氢化钛粉；

(3) 将步骤（2）所述氢化钛粉放入真空烧结炉进行脱氢处理，真空度<1Pa，脱氢温度为

450‑800℃，保温2‑6h，得到氢化脱氢钛粉；

(4) 将步骤（3）所述氢化脱氢钛粉与TiCl2按照质量配比为99:1‑85:15，在氩气保护的手套箱中称量，并装入混料罐中，随后在混料机上混合6‑24h，获得均匀的混合粉末；

(5) 将步骤（4）所述混合粉末放入真空烧结炉中，在500‑800℃下进行真空退火，保温时间为2‑6h，得到退火钛粉；

(6) 将步骤（5）所述退火钛粉进行破碎、筛分、真空封装，得到低氧高质量的氢化脱氢钛粉；

步骤（6）中所述的氢化脱氢钛粉的氧含量范围为700‑1500ppm；

步骤（6）中所述的氢化脱氢钛粉不限于纯钛粉，还包括各种钛合金粉。

2.根据权利要求1所述的一种制备低氧高质量氢化脱氢钛粉的方法，其特征在于：步骤（1）中所述钛料为海绵钛或者废钛。

3.根据权利要求2所述的一种制备低氧高质量氢化脱氢钛粉的方法，其特征在于：步骤‑3 ‑2

（5）中所述的真空退火的真空度为10 ‑10 Pa。

4.根据权利要求1所述的一种制备低氧高质量氢化脱氢钛粉的方法，其特征在于：步骤（1）中所述钛料为钛屑。

说明书

一种制备低氧高质量氢化脱氢钛粉的方法

技术领域

[0001] 本发明属于粉末冶金钛领域，提供了一种制备低氧高质量氢化脱氢钛粉的方法。

背景技术

[0002] 钛金属具有密度低、强度高、耐腐蚀性好、生物相容性高等一系列优点，在航空航天、海洋、医用、化工等方面都有着重大应用前景。然而，传统熔铸钛合金昂贵的生产成本限
制了其大规模应用，主要来源于繁复的热加工过程(占总成本的50％左右)及低的材料利用
率(20‑50％)。同时，为了获得复杂形状的钛制品，常常需要进一步深加工，造成大量钛料浪
费，产生大量钛屑、废钛、残钛边角料等。目前，残钛回收成了钛工业重要的发展方向之一。

[0003] 一般采用氢化脱氢(HDH)法可以将残钛氢化再脱氢，从而制备钛粉末，用于粉末冶金钛领域。但是，由于深加工过程残钛不可避免地氧化，造成氧含量大幅度增加，从而使得
HDH钛粉末中氧含量过高，不利于后续使用，进而影响残钛的回收利用，如何实现残钛除氧
是目前面临的关键问题。此外，低氧海绵钛一般用于制备HDH钛粉末，但是价格较高，高氧海
绵钛价格低，但是由于氧含量较高，限制了其使用。因此，如何制备低氧高质量的HDH钛粉末
对实现低成本钛工业发展具有重要的一样。

[0004] 申请专利CN201910668443.0的提供了一种降低氢化脱氢法制得钛粉氧含量的方法，该方法通过添加活泼金属如钠、钾、钙、锂或镁单质去除其表面附着的残余活泼金属及
其氧化物。该方法虽然可以使得氢化脱氢钛粉的氧含量由几千ppm量级下降至几百ppm量
级，但是设备工艺复杂、使用活泼金属存在一定安全隐患，并且进一步增加了制粉的成本。

[0005] 为了实现低成本低氧氢化脱氢的制备，本发明提出了一种制备低氧高质量的氢化脱氢钛粉的方法。钛料氢化脱氢后，加入TiCl2作为除氧剂，混合均匀后进行真空退火处理。
在退火过程中，TiCl2与氢化脱氢钛粉及粉末表面的氧化膜发生氧化还原反应，生成气态
TiCl4和TiClxOy，以气态的形式携带氧原子从钛粉中被脱除，不会引入其他杂质改变钛粉的
特性，对氢化脱氢钛粉起到降低氧含量、净化粉末的作用。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提出了一种制备低氧高质量的氢化脱氢钛粉的方法。该方法以钛料为原料，钛料氢化脱氢后，加入TiCl2作为除氧剂，将TiCl2和钛粉混合均匀后进行退火
处理，使得TiCl2与氢化脱氢钛粉及粉末表面的氧化膜发生氧化还原反应，生成气态TiCl4和
TiClxOy，被脱除钛粉，使钛粉氧含量能降低至几百ppm量级，且不会引入其他杂质改变钛粉
的特性，达到净化粉末的作用。本发明无需额外设备、工艺简单、价格低廉，有利于高质量低
成本钛粉的制备，提高残钛回收利用率，从而促进钛工业的发展。

[0007] 为了获得上述的一种低氧高质量的氢化脱氢钛粉的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

[0008] (1)将钛料放入氢气炉中进行氢化处理，氢化温度为350‑800℃，保温3‑10h,得到氢化钛料；

[0009] (2)将步骤(1)所述氢化钛料进行高能球磨，球料比为4:1‑6:1，球磨时间是12‑36h，破碎后得到氢化钛粉；

[0010] (3)将步骤(2)所述氢化钛粉放入真空烧结炉进行脱氢处理，真空度<1Pa，脱氢温度为450‑800℃，保温2‑6h，得到氢化脱氢钛粉；

[0011] (4)将步骤(3)所述氢化脱氢钛粉与TiCl2按照质量配比为99:1‑85:15，在氩气保护的手套箱中称量，并装入混料罐中，随后在混料机上混合6‑24h，获得均匀的混合粉末；

[0012] (5)将步骤(4)中的混合粉末放入真空烧结炉中，在500‑800℃下进行真空退火，保温时间为2‑6h，得到退火钛粉；

[0013] (6)将步骤(5)中得到的退火钛粉进行破碎、筛分、真空封装，得到低氧高质量的氢化脱氢钛粉。

[0014] 进一步地，步骤(1)中所述钛料为海绵钛、废钛、钛屑或残钛边角料。

[0015] 进一步地，步骤(5)中所述的真空退火的真空度为10‑3‑10‑2Pa。

[0016] 进一步地，步骤(6)中所述的氢化脱氢钛粉的氧含量范围为700‑1500ppm。

[0017] 进一步地，步骤(6)中所述的氢化脱氢钛粉不限于纯钛粉，还包括各种钛合金粉。

[0018] 本发明的优点：

[0019] 1、本发明大大提高了残钛的回收利用率，对钛产业的低成本制备及绿色可循环生成具有重大意义。

[0020] 2、以TiCl2为除氧剂，有利于破除粉末表面氧化膜，形成气态TiClxOy从钛粉中脱除，大幅度降低粉末氧含量，使钛粉氧含量降低至几百ppm量级。

[0021] 3、添加的TiCl2原料易得、价格低廉，对高氧钛粉净化效果明显，且不会引入其他杂质元素改变钛粉特性，可制备高质量氢化脱氢钛粉。

[0022] 4、该方法制备工艺简单，无需其他复杂设备和工艺步骤，适用性强，可用于制备各种牌号钛粉末，适合大规模的工业化生产。

具体实施方式

[0023] 实施例1：

[0024] 一种低氧高质量的氢化脱氢钛粉的制备方法，以海绵钛为原料，具体制备步骤如下：

[0025] (1)将海绵钛放入氢气炉中进行氢化处理，氢化温度为600℃，保温4h，得到氢化钛料；

[0026] (2)将步骤(1)中的氢化钛料进行高能球磨，球料比为5:1，球磨时间是25h，破碎后得到氢化钛粉；

[0027] (3)将步骤(2)中的氢化钛粉放入真空烧结炉进行脱氢处理，真空度<1Pa，脱氢温度为700℃，保温4h，得到氢化脱氢钛粉；

[0028] (4)将步骤(3)中的氢化脱氢钛粉与TiCl2按照质量配比为99:1，在氩气保护的手套箱中称量，并装入混料罐中，随后在混料机上混合20h，获得均匀的混合粉末；

[0029] (5)将步骤(4)中的混合粉末放入真空烧结炉中，真空度为6*10‑3Pa，在600℃下进行真空退火，保温时间为3h，得到退火钛粉；

[0030] (6)将步骤(5)中得到的退火钛粉进行破碎、筛分、真空封装，得到氧含量为1000ppm的高质量氢化脱氢纯钛粉。

[0031] 实施例2：

[0032] 一种低氧高质量的氢化脱氢钛粉的制备方法，以TC4钛屑为原料，具体制备步骤如下：

[0033] (1)将TC4钛合金钛屑放入氢气炉中进行氢化处理，氢化温度为650℃，保温7h，得到氢化钛料；

[0034] (2)将步骤(1)中的氢化钛料进行高能球磨，球料比为6:1，球磨时间是15h，破碎后得到氢化TC4钛合金粉；

[0035] (3)将步骤(2)中的氢化TC4钛合金粉放入真空烧结炉进行脱氢处理，真空度<1Pa，脱氢温度为680℃，保温5h，得到氢化脱氢TC4钛合金粉；

[0036] (4)将步骤(3)中的氢化脱氢TC4钛合金粉与TiCl2按照质量配比为90:10，在氩气保护的手套箱中称量，并装入混料罐中，随后在混料机上混合12h，获得均匀的混合粉末；

[0037] (5)将步骤(4)中的混合粉末放入真空烧结炉中，在700℃下进行真空退火，真空度‑3
为10 Pa，保温时间为2h，得到退火TC4钛合金粉；

[0038] (6)将步骤(5)中得到的退火TC4钛合金粉进行破碎、筛分、真空封装，得到氧含量为1300ppm的高质量氢化脱氢TC4钛合金粉。