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射频等离子体短流程制备微细球形钛粉 成功通过科技成果评价

供稿:中关村中慧先进制造产业联盟 | 2021-12-03

2018年12月19日,依据《中华人民共和国科学技术进步法》《中华人民共和国促进科技成果转化法》《科学技术评价办法》《科技评估管理暂行办法》,中关村中企慧联先进制造产业技术联盟在北京组织召开由北京科技大学自主研发的射频等离子体短流程制备微细球形钛粉科技成果评价会。

评价机构严格按照《科技成果评价试点暂行办法》的有关规定和要求,秉承客观、公正、独立的原则,聘请中国工程院院士、中国火箭军术研究院李仲平任主任,北京科技大学教授曲选辉、钢铁研究总院教授吕旭东、北京航空航天大学研究员汤海波、有研科技集团有限公司教授张敬国、中国企业联合会副研究员于吉等6位同行专家,组成评价委员会,对该项科技成果进行了评价。评价委员会听取了项目完成单位的技术总结报告,对评价资料进行了审查,经严格质询和充分讨论形成了评价意见。

该项目属于3D打印技术领域,制备高品质钛合金粉末的主要技术难点是对粉末氧含量、形貌及粒度的控制。目前,制备球形钛合金粉的常用方法是气体雾化法和旋转电极雾化法。气体雾化法制造的球形钛合金粉得到工业应用,但制备的粉末粒度偏大,且熔炼过程中钛与容器壁、陶瓷坩埚等反应,对球形钛粉纯度影响很大。近年来,旋转电极雾化法被应用于球形钛合金粉的制备领域,该种方法可以制备出球形钛合金粉,但粉末粒度偏大(45~100μm),且存在电极污染,不能满足对粉末粒度和纯度的要求。正是基于制备纯净微细球形钛合金粉的制备方法存在很大缺陷,迫切需要研究出短流程制备纯净微细球形钛合金粉的技术。

射频等离子体具有温度高(约104℃)、等离子体炬体积大、能量密度高、传热和冷却速度快、无电极污染等优点,是制备组分均匀、纯度高、流动性好、球形度高的球形粉末良好途径。以等离子体为热源,在金属粉末、陶瓷粉末及氧化物粉末的球化处理和制备方面,具有较大的技术优势。其球化过程是载气(氩气)将粉末送入高温等离子体中,粉末颗粒迅速吸热使其表面(或整体) 熔融,并在表面张力作用下缩聚成球状,骤冷凝结后获得球形粉末。该法制备的球形粉末杂质元素含量低、球化率高、粒度可控,被认为是制备高品质低氧球形钛合金粉末最有效的方法。

主要创新点:

1、首创了氢爆-球化一体化短流程工艺,开发了国内首台100kw水冷石英射频等离子体制备系统,可实现难熔金属粉末的短流程制备,实现球形率100%。

2、通过创新工艺,将45微米细粉率提高到80%以上。

3、建立了百吨级射频等离子体短流程制备微细钛合金粉体生产线,实现了微细球粉的批量制备。

经西部金属材料股份有限公司检测符合 GB/T 34496-2017《激光成型用钛及钛合金粉》标准,氧含量≤0.1%,球形度100%。可应用于3D打印钛合金产品的制备。经科大金物激光技术(天津)有限公司,天钛隆(天津)金属材料有限公司,天津金物新材料科技有限公司使用,项目产品与同类产品相比品质更优,价格更低。

评价委员会一致同意通过科技成果评价,认为该项目拥有自主知识产权,氢爆-球化一体化短流程工艺属国际首创,45微米以下细粉收得率>80%等指标国际领先。项目经济、社会效益显著,应用前景广阔。建议:进一步细化粉体质量控制标准。

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