[发明专利]一种包覆氧杂质吸附剂的钛粉体及其制备方法

说明书

本发明属于粉末冶金钛合金零部件制造领域，主要涉及一种包覆氧杂质吸附剂的钛粉体及其制备方法。本发明通过粉体流态化结合化学气相沉积技术实现，选择特定的气相反应物，通过控制反应条件将氧杂质吸附剂颗粒均匀、定量地包覆在钛粉表面，相比于粉末冶金钛合金中活性金属氧杂质吸附剂，本发明的氧杂质吸附剂具有吸氧效率高、杂质含量低等优点，能够通过少量引入提高粉末冶金钛合金的烧结致密度和塑性，其制备方法具有工艺简单、流程短、成本低等优点。

技术领域

本发明属于粉末冶金钛合金零部件制造领域，主要涉及一种包覆氧杂质吸附剂的钛粉体及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有轻质、高强、耐腐蚀等优良特性，在航空航天、海洋化工、武器装备、汽车工业等众多领域发挥着不可替代的作用。然而钛合金的加工性能差，传统的铸锻及机加工工艺生产效率低，且从原材料到最终零部件的有效使用率不到12％，导致钛合金应用的成本居高不下，严重限制了其在众多工程领域的应用。粉末冶金技术作为一种产品零部件的近净成形技术，其原材料利用率高，产品后续加工量少，可有效解决钛合金加工成本高、效率低的问题，是解决钛合金规模化应用的必由之路。

目前，粉末冶金钛合金在烧结过程中溶解氧杂质含量高，导致钛合金制品在力学性能方面难以达到传统铸锻钛合金同等水平，严重限制了其在工程上的应用。针对该问题，国内外团队先前尝试了引入亲和度高于钛元素的钙、钾等活性金属吸附钛合金中溶解的氧形成氧化物来降低钛中的溶解氧含量，但钛中溶解氧的反向扩散速率慢，导致吸附效率低下，并且吸附过程会产生很多孔洞，影响钛合金粉体烧结，氧化物团聚也会阻碍晶间扩散，使烧结密度大幅度降低，且氧化物本身也对钛合金无增强作用。

近年来，研究学者开发了LaB₆的烧结氧杂质吸附剂，钛的氧化物为碱性，因此选择酸性稀土元素镧为氧吸附剂，再利用硼元素可与钛合金中常见合金元素结合形成强化相的特点，实现对烧结钛合金性能的综合提升。但是由于LaB₆的引入传统方式为机械混合法，氧吸附剂与粉体之间未形成包覆结构，影响LaB₆在钛合金粉末中的均匀性，且LaB₆颗粒粒径一般在10μm以上，在有限的添加剂量条件下，对钛中溶解氧的吸附能力非常有限。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种包覆氧杂质吸附剂的钛粉体及其制备方法。本发明针对传统粉末冶金钛合金中氧杂质吸附剂因颗粒尺寸大、活性低、分散不均匀等问题所导致的氧杂质吸附能力不足等问题，采用粉体流态化结合化学气相沉积技术制备出一种能够在钛粉体表面均匀包覆的氧杂质吸附剂，所述氧杂质吸附剂具有尺寸细小活性高、分散均匀性好、杂质含量低等一系列优点。所述氧杂质吸附剂可直接用于高性能粉末冶金钛合金零部件的加工生产，也可用于其他加工技术生产钛合金零部件的反应原料或者添加助剂。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种包覆氧杂质吸附剂的钛粉体，所述钛粉体表面上均匀包覆氧杂质吸附剂颗粒，具有吸氧效率高、杂质含量低等优点，能够通过0.1wt.％-0.5wt.％的氧杂质吸附剂的引入，提高粉末冶金钛合金的烧结塑性。

优选地，所述氧杂质吸附剂颗粒为六硼化镧颗粒。

优选地，所述钛粉体包括Ti粉、Ti-6Al-4V粉、Ti-10V-2Fe-3V粉、Ti-Ni合金粉、Ti-Nb-Zr-Sn合金粉、Ti-Al-Sn合金粉、Ti-Al-Mn合金粉和Ti-Al-Mo-V合金粉中的一种或多种，质量纯度≥98％，粒度分布为5μm～150μm。

一种上述包覆氧杂质吸附剂的钛粉体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)流化床反应器中进行惰性气体替换，替换完毕后在流化床反应器中通入三氯化硼气体、氢气；

2)将载有氯化镧的惰性气体通入到流化床反应器进行化学气相沉积反应；