一种球形钒粉的等离子体制备方法
【专利摘要】本发明公开一种球形钒粉的等离子体制备方法，选取海绵钒棒为原材料；采用真空感应熔炼法，将钒棒放入石英管中，通过感应线圈从左到右不断地局部加热熔化；将熔炼过的钒棒放入真空退火环境中进行退火处理；再对钒棒进行破碎，形成不规则形状的钒粉；建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬；以氩气作为载气，通入氦气为保护气体进入等离子体炬，钒粉原料迅速吸热熔化；将熔化的钒粉导入粉体球化室，在极高的温度梯度下迅速冷却固化，形成球形的钒粉颗粒，并经粉末收集装置收集。本发明制备出球形度高、组织均匀、塑性好、强度好的球形钒粉末，可用于粉末冶金、3D打印技术等，制备出的产品质量和性能更好。
【专利说明】
一种球形钒粉的等离子体制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种球形钒粉的等离子体制备方法，属于金属粉末制备技术领域。
【背景技术】
[0002]球形钒粉主要用于特种钢材添加，超硬材料添加，硬质合金添加，加大合金的强度、韧性、抗腐蚀能力、耐磨能力和承受冲击负荷的能力等产品特性，硬度高，在金属中添加可起到增加硬度，韧性、抗腐蚀能力、耐磨能力和承受冲击负荷的能力等。金属I凡同时也是原子能、火箭、导弹、航空、宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的材料，随着3D打印技术的不断发展，球形钒粉也被广泛的应用于航空航天等领域。
[0003]由于技术条件和高成本的限制，国内生产球形钒粉末的公司很少，在粉末冶金领域球形钒粉由于其好的流动性被广泛应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服球形粉末的不纯，组织结构和性能的不足，提供一种球形钒粉的等离子体制备方法。
[0005]为了达成上述目的，本发明的解决方案是:
一种球形钒粉的等离子体制备方法，包括以下步骤:
第一步，选取海绵钒棒为原材料；
第二步，采用真空感应熔炼法，将钒棒放入石英管中，通过感应线圈从左到右不断地局部加热熔化，不断的排除气体和杂质，获得高纯度的钒棒，纯度为99%以上；
第三步，将熔炼过的钒棒放入一定温度的真空退火环境中进行退火处理，使其成分均匀化，提高塑性，细化晶粒，均匀组织及成分，消除钒棒中的残余内应力；
第四步，再对钒棒进行破碎，形成不规则形状的钒粉；
第五步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬；
第六步，以氩气作为载气，通入氦气为保护气体进入等离子体炬，维持等离子体炬的正常运行，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，钒粉原料迅速吸热熔化；第七步，将熔化的钒粉导入粉体球化室，在极高的温度梯度下迅速冷却固化，形成球形的钒粉颗粒，并经粉末收集装置收集。
[0006]所述第二步，所述的感应线圈通入的电流为20-40A。
[0007]所述第二步，所述的局部加热为:感应顺序从左到右，循环3-6次。
[0008]所述第二步，恪炼环境中真空度为1.0X 10—7?1.0 X 10—8Pa,不断的排除气体和杂质。
[0009]所述第三步，真空退火环境中，真空度为1.0X10—8?5.0X10—8Pa，加热温度为1000-1500°C，时间为10-24h。
[0010]所述第四步，不规则形状的钒粉粒径为100-300微米。
[0011 ]所述第五步，等离子体炬的射频功率为10-40KW。
[0012]所述第六步，原料送料速率为1-10kg/h，携粉气体氩气流量为l-10L/min，中气氩气流量为10_80L/min，边气氩气流量为20-100 L/min，边气氦气流量10-20 L/min。
[0013]所述第七步，温度梯度为300-500 °C，形成的球形钒粉颗粒为50-150微米，球形度为90%以上。
[0014]本发明采用真空感应熔炼法，通过感应线圈不断地局部加热海绵钒棒，同时保持一定的气压，不断地排除钒棒中的空气和杂质，得到高纯度的钒棒;通过真空退火处理，提高塑性，细化晶粒，均匀组织及成分，消除钒棒中的残余内应力；结合射频等离子体粉体球化技术，制备出球形度高、组织均匀、塑性好、强度好的的球形钒粉末，可用于粉末冶金、3D打印技术等，制备出的产品质量和性能更好。
[0015]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
一、使用真空感应熔炼可以提纯海绵钒棒，工艺过程简单，防止氧化，能够获得高纯度的隹凡棒；
二、退火是在真空环境中，使其成分均匀化，提高塑性，细化晶粒，均匀组织及成分，消除钒棒中的残余内应力；
三、备出球形度高、组织均匀、塑性好、强度好的球形钒粉末，可用于粉末冶金、3D打印技术等，制备出的产品质量和性能更好。
【具体实施方式】
[0016]实施例一
本实施例提供一种球形钒粉的等离子体制备方法，包括下述步骤:
(1)选取海绵钒棒为原材料；
(2)采用真空感应熔炼法，将钒棒放入石英管中，通过感应线圈从左到右不断地局部加热，通入的电流为20A，真空度为1.3 X 10—7Pa，循环6次，不断的排除气体和杂质，获得纯度高(根据原材料的成分和需要，纯度值是钒含量在99wt%以上)的钒棒；
(3)将熔炼过的钒棒放入一定温度的真空退火环境中，真空度为1.0X10—8Pa,加热温度为100tC，时间为10h，使其成分均匀化，提高塑性，细化晶粒，均匀组织及成分，消除钒棒中的残余内应力；
(4)再对钒棒进行破碎，形成不规则形状的钒粉，粒径为200-300微米；
(5)建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬，射频功率为20KW;
(6)以氩气作为载气，通入氦气为保护气体进入等离子体炬，维持等离子体炬的正常运行，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，钒粉原料迅速吸热熔化，所述携粉气体氩气的流量3L/min，送料速率为I kg/h，中气氩气流量为10L/min，边气氩气流量为30L/min，边气氦气流量10 L/min；
(7)将熔融的钒粉导入粉体球化室，在极高的温度梯度下迅速冷却固化，形成球形的钒粉颗粒并经粉末收集装置收集，球形钒粉粒径为100-150微米，球形度为90%。
[0017]实施例二
本实施例提供一种球形钒粉的等离子体制备方法，包括下述步骤:
(1)选取海绵钒棒为原材料；
(2)采用真空感应熔炼法，将钒棒放入石英管中，通过感应线圈从左到右不断地局部加热，通入的电流为30A，真空度为1.8 X 10—7Pa，循环5次，不断的排除气体和杂质，获得纯度高的隹凡棒；
(3)将熔炼过的钒棒放入一定温度的真空退火环境中，真空度为2.0X10—8Pa,加热温度为1100°C，时间为15h，使其成分均匀化，提高塑性，细化晶粒，均匀组织及成分，消除钒棒中的残余内应力；
(4)再对钒棒进行破碎，形成不规则形状的钒粉，粒径为100-200微米；
(5)建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬，射频功率为30KW;
(6)以氩气作为载气，通入氦气为保护气体进入等离子体炬，维持等离子体炬的正常运行，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，钒粉原料迅速吸热熔化，所述携粉气体氩气的流量3.5L/min，送料速率为2 kg/h，中气氩气流量为13L/min，边气氩气流量为50 L/min，边气氦气流量13 L/min；
(7)将熔化的钒粉导入粉体球化室，在极高的温度梯度下迅速冷却固化，形成球形的钒粉颗粒并经粉末收集装置收集，球形钒粉粒径为80-150微米，球形度为92%。
[0018] 实施例三
本实施例提供一种球形钒粉的等离子体制备方法，包括下述步骤:
(1)选取海绵钒棒为原材料；
(2)采用真空感应熔炼法，将钒棒放入石英管中，通过感应线圈从左到右不断地局部加热，通入的电流为35A，真空度为1.0 X 10—8Pa,循环5次，不断的排除气体和杂质，获得纯度高的隹凡棒；
(3)将熔炼过的钒棒放入一定温度的真空退火环境中，真空度为3.0X10—8Pa,加热温度为1200°C，时间为20h，使其成分均匀化，提高塑性，细化晶粒，均匀组织及成分，消除钒棒中的残余内应力；
(4)再对钒棒进行破碎，形成不规则形状的钒粉，粒径为100-150微米；
(5)建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬，射频功率为28KW;
(6)以氩气作为载气，通入氦气为保护气体进入等离子体炬，维持等离子体炬的正常运行，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，钒粉原料迅速吸热熔化，所述携粉气体氩气的流量5L/min，送料速率为3 kg/h，中气氩气流量为15L/min，边气氩气流量为60 L/min，边气氦气流量15 L/min；
将熔化的钒粉导入粉体球化室，在极高的温度梯度下迅速冷却固化，形成球形的钒粉颗粒并经粉末收集装置收集，球形钒粉粒径为50-80微米，球形度为95%。
【主权项】
1.一种球形钒粉的等离子体制备方法，其特征在于包括以下步骤: 第一步，选取海绵钒棒为原材料； 第二步，采用真空感应熔炼法，将钒棒放入石英管中，通过感应线圈从左到右不断地局部加热熔化，不断的排除气体和杂质，获得高纯度的钒棒； 第三步，将熔炼过的钒棒放入真空退火环境中进行退火处理，使其成分均匀化，提高塑性，细化晶粒，均匀组织及成分，消除钒棒中的残余内应力； 第四步，再对钒棒进行破碎，形成不规则形状的钒粉； 第五步，建立能量密度高和加热强度大的等离子体炬； 第六步，以氩气作为载气，通入氦气为保护气体进入等离子体炬，维持等离子体炬的正常运行，通过送粉探针将原料送入等离子体炬的芯部高温区中，钒粉原料迅速吸热熔化； 第七步，将熔化的钒粉导入粉体球化室，在极高的温度梯度下迅速冷却固化，形成球形的钒粉颗粒，并经粉末收集装置收集。2.如权利要求1所述的一种球形钒粉的等离子体制备方法，其特征在于:第二步，所述的感应线圈通入的电流为20-40A。3.如权利要求1所述的一种球形钒粉的等离子体制备方法，其特征在于:第二步，所述的局部加热为:感应顺序从左到右，循环3-6次。4.如权利要求1所述的一种球形钒粉的等离子体制备方法，其特征在于:第二步，熔炼环境中真空度为1.0 X 10—7?1.0 X 10—8Pa,不断的排除气体和杂质。5.如权利要求1所述的一种球形钒粉的等离子体制备方法，其特征在于:第三步，真空退火环境中，真空度为1.0X 10—8?5.0X 10—8 Pa，加热温度为1000-1500°c，时间为10-24h。6.如权利要求1所述的一种球形钒粉的等离子体制备方法，其特征在于:第四步，不规则形状的钒粉粒径为100-300微米。7.如权利要求1所述的一种球形钒粉的等离子体制备方法，其特征在于:第五步，等离子体炬的射频功率为10-40KW。8.如权利要求1所述的一种球形银粉的等离子体制备方法，其特征在于:第六步，原料送料速率为1-10 kg/h，携粉气体氩气流量为l-10L/min，中气氩气流量为10-80L/min，边气氩气流量为20-100 L/min，边气氦气流量10-20 L/min。9.如权利要求1所述的一种球形钒粉的等离子体制备方法，其特征在于:第七步，温度梯度为300-500°C，形成的球形钒粉颗粒为50-150微米，球形度为90%以上。
【文档编号】C22B34/22GK105903973SQ201610268145
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】陈海霞, 刘志光, 刘少存, 吴鹏
【申请人】龙岩紫荆创新研究院