一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及活潑金屬粉末制備技術領域，尤其涉及一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法。
【背景技術】
[0002]鋯及鋯合金是核工業、軍事領域和民用技術中非常重要的一類金屬材料，具有射線屏蔽、高燃燒性、耐腐蝕等特殊性能，是核反應堆、煙火劑、燃燒劑、含能材料等領域具有不可替代性的特殊材料。作為鋯系列制品中的重要產品，鋯及鋯合金粉末同樣具有廣泛的應用。
[0003]目前，純鋯粉末的制備以化學法為主，例如金屬熱還原法、氫化脫氫法、電解法等，其可制備出微米和亞微米級的鋯粉，但缺點在于粉末雜質含量高、流動性差，粉末形狀呈非球形。采用現有的惰性氣體霧化技術可制備出球形的鋯粉，但熔煉過程都需要依賴陶瓷坩禍，這導致在熔煉過程中不可避免的增加了雜質含量。
[0004]而對于添加特殊合金成分的鋯合金，如鋯鈦(Zr-Ti)合金、鋯鋁(Zr-Al)合金等，其粉末的制備目前有兩種方法:一種是單質金屬粉末的混合和機械合金化，另外一種是首先制備出成分均勻的鋯合金，然后參照純鋯進行霧化制粉，但鋯鈦(Zr-Ti)合金中因為有鈦的存在而不適用于陶瓷坩禍熔煉，因此制備鋯合金球化粉末的難度更大。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種粉末雜質含量低、球形度高、流動性好，且工藝簡單的微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法。
[0006]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法，包括以下具體步驟:
(1)、將純鋯或鋯與其它金屬原料混合后壓制成電極塊；
(2)、通過氬弧焊將電極塊組焊成自耗電極；
(3 )、將自耗電極放入真空自耗電極電弧爐中進行一次熔煉，熔煉時，控制熔煉電流為10?30KA、電壓為15?40V、工作真空度彡10_2Pa，并通過真空自耗電極電弧爐中的結晶器制成一次鑄錠，待一次鑄錠冷卻至200°C以下后取出；
(4)、去除一次鑄錠被氧化的表層和渣子；
(5)、將處理后的一次鑄錠作為自耗電極放入真空自耗電極電弧爐中進行二次熔煉，控制熔煉電流為10?30KA、電壓為15?40V、工作真空度彡10_2Pa，并通過真空自耗電極電弧爐中的結晶器制成二次鑄錠，其中，二次熔煉時的結晶器的直徑大于一次熔煉時的結晶器的直徑，然后等二次鑄錠冷卻至200°C以下后取出；通過二次熔煉，可使得鑄錠中的成分更均勻；
(6)、去除二次鑄錠被氧化的表層和渣子，并將二次鑄錠鍛造或機械加工制成純鋯或鋯合金的棒材，棒材的尺寸與后續的錐形感應線圈相匹配； (7)、將純鋯或鋯合金棒材豎直放入感應電爐中，并將錐形感應線圈豎直套在棒材外，在惰性氣體的保護氣氛中直接進行感應熔煉，控制熔煉功率10?25KW、熔煉速度20?60mm/min，熔煉結束后得到純鋯或鋯合金的金屬液；
(8)、將純鋯或鋯合金的金屬液通過壓力為1.0?4.0Mpa的高壓惰性氣體噴成霧狀金屬液滴并在惰性氣體中冷卻得到I?200 μ m純鋯或鋯合金球形粉末。
[0007]所述的步驟(I)中，其它金屬原料為鈦、鋁、鈷或鉻中的一種或多種。
[0008]所述的步驟(6)中，所制成的純錯或錯合金的棒材直徑為25?50mm、長度為200?500mm，且棒材的一端為90°錐角。
[0009]所采用的惰性氣體為氬氣。
[0010]所得到的純鋯或鋯合金球形粉末在惰性手套箱中出粉。
[0011]與現有技術相比，本發明的優點是通過該方法可值得I?200 μπι的純鋯或鋯合金球形粉末，所制得的球形粉末具有明顯正態分布特征，且粉末雜質含量低、球形度高、流動性好、工藝簡單，既可用于公斤級粉末試制，又能實現工業化生產；此外，由于本方法采用錐形感應線圈直接對純鋯或鋯合金棒材進行感應熔煉，這不但減少了粉末雜質的含量，而且使得本方法的適應性較廣，如可熔煉鋯鈦(Zr-Ti )合金。
【附圖說明】
[0012]圖1為通過本發明加工得到的微米級純鋯或鋯合金球形粉末的示意圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0014]實施例一:一種微米級純鋯球形粉末的制備方法，包括以下具體步驟:
(1)、將工業級海綿鋯壓制成純鋯電極塊；
(2)、通過氬弧焊將電極塊組焊成自耗電極；
(3 )、將自耗電極放入真空自耗電極電弧爐中進行一次熔煉，熔煉時，控制熔煉電流為20ΚΑ、電壓為25V、工作真空度彡10_2Pa，并通過真空自耗電極電弧爐中的結晶器制成一次鑄錠，待一次鑄錠冷卻至200°C以下后取出；
(4)、去除一次鑄錠被氧化的表層和渣子；
(5)、將處理后的一次鑄錠作為自耗電極放入真空自耗電極電弧爐中進行二次熔煉，控制熔煉電流為20KA、電壓為25V、工作真空度< 10_2Pa，并通過真空自耗電極電弧爐中的結晶器制成二次鑄錠，其中，二次熔煉時的結晶器的直徑大于一次熔煉時的結晶器的直徑，然后等二次鑄錠冷卻至200°C以下后取出；
(6)、去除二次鑄錠被氧化的表層和渣子，并將二次鑄錠鍛造或機械加工制成純鋯棒材，棒材直徑為40mm、長度為500mm，且棒材的一端為90°錐角；
(7)、將純鋯棒材豎直放入感應電爐中，并將錐形感應線圈豎直套在棒材外，在氬氣的保護氣氛中直接進行感應熔煉，控制熔煉功率20KW、熔煉速度40mm/min，熔煉結束后得到純鋯金屬液；
(8)、將純鋯金屬液通過壓力為3.0Mpa的高壓氬氣噴成霧狀金屬液滴并在氬氣中冷卻得到粒徑中值約為80 μ m純鋯球形粉末，所得到的純鋯球形粉末在惰性手套箱中出粉。
[0015]實施例二:一種微米級鋯鈦合金球形粉末的制備方法，包括以下具體步驟:
(1)、將海綿鋯和海綿鈦按質量比7:3混合并壓制成鋯鈦合金電極塊；
(2)、通過氬弧焊將電極塊組焊成自耗電極；
(3 )、將自耗電極放入真空自耗電極電弧爐中進行一次熔煉，熔煉時，控制熔煉電流為30KA、電壓為35V、工作真空度彡10_2Pa，并通過真空自耗電極電弧爐中的結晶器制成一次鑄錠，待一次鑄錠冷卻至200°C以下后取出；
(4)、去除一次鑄錠被氧化的表層和渣子；
(5)、將處理后的一次鑄錠作為自耗電極放入真空自耗電極電弧爐中進行二次熔煉，控制熔煉電流為30KA、電壓為35V、工作真空度< 10_2Pa，并通過真空自耗電極電弧爐中的結晶器制成二次鑄錠，其中，二次熔煉時的結晶器的直徑大于一次熔煉時的結晶器的直徑，然后等二次鑄錠冷卻至200°C以下后取出；
(6)、去除二次鑄錠被氧化的表層和渣子，并將二次鑄錠鍛造或機械加工制成鋯鈦合金棒材，棒材直徑為45mm、長度為400mm，且棒材的一端為90°錐角；
(7)、將鋯鈦合金棒材豎直放入感應電爐中，并將錐形感應線圈豎直套在棒材外，在氬氣的保護氣氛中直接進行感應熔煉，控制熔煉功率15KW、熔煉速度25mm/min，熔煉結束后得到錯欽合金金屬液；
(8)、將鋯鈦合金金屬液通過壓力為4.0Mpa的高壓氬氣噴成霧狀金屬液滴并在氬氣中冷卻得到粒徑中值約為65 μ m鋯鈦合金球形粉末，所得到的鋯鈦合金球形粉末在惰性手套箱中出粉。
[0016]上述實施例中，鋯可以和鈦、鋁、鈷或鉻中的一種或多種混合加工成鋯合金球形粉末。
【主權項】
1.一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法，其特征在于包括以下具體步驟: (1)、將純鋯或鋯與其它金屬原料混合后壓制成電極塊； (2)、通過氬弧焊將電極塊組焊成自耗電極； (3 )、將自耗電極放入真空自耗電極電弧爐中進行一次熔煉，熔煉時，控制熔煉電流為10?30KA、電壓為15?40V、工作真空度彡10_2Pa，并通過真空自耗電極電弧爐中的結晶器制成一次鑄錠，待一次鑄錠冷卻至200°C以下后取出； (4)、去除一次鑄錠被氧化的表層和渣子； (5)、將處理后的一次鑄錠作為自耗電極放入真空自耗電極電弧爐中進行二次熔煉，控制熔煉電流為10?30KA、電壓為15?40V、工作真空度彡10_2Pa，并通過真空自耗電極電弧爐中的結晶器制成二次鑄錠，其中，二次熔煉時的結晶器的直徑大于一次熔煉時的結晶器的直徑，然后等二次鑄錠冷卻至200°C以下后取出； (6)、去除二次鑄錠被氧化的表層和渣子，并將二次鑄錠鍛造或機械加工制成純鋯或鋯合金的棒材，棒材的尺寸與后續的錐形感應線圈相匹配； (7)、將純鋯或鋯合金棒材豎直放入感應電爐中，并將錐形感應線圈豎直套在棒材外，在惰性氣體的保護氣氛中直接進行感應熔煉，控制熔煉功率10?25KW、熔煉速度20?60mm/min，熔煉結束后得到純鋯或鋯合金的金屬液； (8)、將純鋯或鋯合金的金屬液通過壓力為1.0?4.0Mpa的高壓惰性氣體噴成霧狀金屬液滴并在惰性氣體中冷卻得到I?200 μ m純鋯或鋯合金球形粉末。
2.如權利要求1所述的一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法，其特征在于所述的步驟(I)中，其它金屬原料為鈦、鋁、鈷或鉻中的一種或多種。
3.如權利要求1所述的一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法，其特征在于所述的步驟(6)中，所制成的純鋯或鋯合金的棒材直徑為25?50mm、長度為200?500mm，且棒材的一端為90°錐角。
4.如權利要求1所述的一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法，其特征在于所采用的惰性氣體為氬氣。
5.如權利要求1所述的一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法，其特征在于所得到的純鋯或鋯合金球形粉末在惰性手套箱中出粉。
【專利摘要】本發明公開了一種微米級純鋯或鋯合金球形粉末的制備方法，特點是將純鋯或鋯與其它金屬原料混合后加工成自耗電極，并將自耗電極進行熔煉，將熔煉后得到的鑄錠加工成棒材，然后將棒材在惰性氣體的保護下通過錐形感應線圈直接進行感應熔煉，得到的金屬液通過高壓惰性氣體噴成霧狀液滴并冷卻后得到微米級球形粉末；優點是通過該方法可值得1～200μm的純鋯或鋯合金球形粉末，所制得的球形粉末具有明顯正態分布特征，且粉末雜質含量低、球形度高、流動性好、工藝簡單，既可用于公斤級粉末試制，又能實現工業化生產。
【IPC分類】B22F9-08
【公開號】CN104588669
【申請號】CN201410822032
【發明人】劉桂濤, 梁棟, 朱曦光, 王志威, 陳敏, 李德林, 葛文艷, 焦治華
【申請人】中國兵器科學研究院寧波分院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月25日