鈦及其合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐熱性好、耐腐蝕等優(yōu)良性能，在航空航天、造船工藝、化工、機(jī)械制造、硬質(zhì)合金等方面均有廣闊的應(yīng)用前景。但是傳統(tǒng)的鈦冶金具有工藝周期長、能耗大，利用率低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致鈦合金成本高、價格較貴，限制了其廣泛應(yīng)用。因此，降低鈦及鈦合金成本是進(jìn)一步擴(kuò)大鈦的應(yīng)用的重要途徑。
粉末冶金法的近凈成形、能耗低、材料利用率高等優(yōu)勢使其有望成為今后鈦冶金工業(yè)的主要發(fā)展方向之一，鈦粉的質(zhì)量及成本對其粉末冶金產(chǎn)品質(zhì)量極為重要。此外，鈦粉還廣泛用作鑄鋁細(xì)化劑、吸氣劑、煙花爆竹、金屬構(gòu)件表面改質(zhì)劑、鋁合金添加劑、生產(chǎn)鈦化合物的原料等。
目前國內(nèi)外制取鈦粉的方法很多，主要有機(jī)械合金化、氫化脫氫法(HDH)、霧化法、金屬熱還原法和熔鹽電解法。
鈦粉的制備工藝
機(jī)械合金化
機(jī)械合金化是金屬或者合金粉末在高能球磨機(jī)中通過粉末顆粒與磨球之間長時間的激烈沖擊、碰撞，使粉末顆粒反復(fù)產(chǎn)生冷焊、斷裂，導(dǎo)致粉末原子間擴(kuò)散，從而獲得粉末的一種粉末制備工藝。機(jī)械合金化制備鈦及鈦合金粉末，是將鈦基化合物或混合粉末與研制介質(zhì)(通常需要加入少量的工藝控制劑)裝入高能球磨機(jī)中(充氬氣保護(hù))進(jìn)行研磨，研磨過程中粉末顆粒經(jīng)過反復(fù)焊接-斷裂-焊接的連續(xù)過程，不斷磨細(xì)并逐漸混合，制取粒度很細(xì)的粉末。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是研磨的物料可按任意比例搭配，可以制備合金料，也可以制備單一金屬粉末。
氫化脫氫法
氫化脫氫法(HDH)是利用鈦與氫的可逆特性制備鈦粉的一種工藝，鈦吸氫后產(chǎn)生脆性，經(jīng)機(jī)械破碎制成氫化鈦粉，再將其在真空條件下高溫脫氫制取鈦粉。此工藝生產(chǎn)的鈦粉粒度范圍寬、成本低、對原料要求低，目前已經(jīng)成為國內(nèi)外生產(chǎn)鈦粉的主要方法，但該方法所制備鈦粉的O、N含量較高。近年來，國內(nèi)外對制備低成本低氧含量鈦粉的研究日益活躍。
霧化法
霧化法是一種將液態(tài)金屬或合金流破碎成微小熔滴，隨后在環(huán)境中冷卻凝固得到金屬粉末的方法，目前霧化法制備鈦粉主要有氣體霧化法和離心霧化法。
氣體霧化法
氣體霧化法一般是在坩堝內(nèi)將原料熔化，通過坩堝底部的噴嘴用高速氣體將產(chǎn)生的金屬熔液噴射呈噴霧狀，冷凝后生成金屬粉末。
離心霧化法
離心霧化法制取鈦粉是借助旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力將金屬破碎，并以霧狀液滴甩出，之后凝固得到高純度的球形鈦粉。目前，離心霧化法主要包括旋轉(zhuǎn)電極法(REP)、等離子旋轉(zhuǎn)電極法和電子束旋轉(zhuǎn)盤法(EBRD)等。
離心霧化法制得的鈦粉為球形，表面光潔，較為致密，流動性好，粒度分布較窄，且粉末粒度可通過旋轉(zhuǎn)電極的轉(zhuǎn)速來調(diào)整。與氣體霧化制備的粉末相比，旋轉(zhuǎn)電極工藝制備的粉末沒有霧化球形鈦粉中常見的伴生相，粉末粒度更加均勻，但采用此法生產(chǎn)的鈦粉成本高，目前一般用于航空航天領(lǐng)域。
金屬熱還原法
傳統(tǒng)的制備鈦粉的金屬熱還原法主要有TiO2鈣熱還原法和TiCl4金屬熱還原法。TiO2鈣熱還原法是在高溫下通過金屬鈣還原TiO2制備鈦粉；TiCl4金屬還原法包括鎂還原法(Kroll法)和鈉還原法(Hunter法)。鎂還原法制備鈦粉主要是制備海綿鈦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的等外鈦粉，因雜質(zhì)成分含量多，極少專門用于鈦粉生產(chǎn)；鈉還原法制備的鈦粉產(chǎn)品純度高，特別是氧、氮、鐵、碳雜質(zhì)含量低，流動性好，是有前途的生產(chǎn)鈦粉的方法之一。
熔鹽電解法
與其他活性金屬類似，電解法制備鈦粉必須在熔鹽介質(zhì)中進(jìn)行。傳統(tǒng)的熔鹽電解法是在熔鹽中溶解鈦鹽。美國Dow-Howmet和Timet曾分別建造了2條電解生產(chǎn)線，但因不能控制鈦與氯的逆反應(yīng)而終止。目前意大利Ginatta公司在托里諾市建造了大型試驗(yàn)工廠繼續(xù)研究此工藝，提出了無隔膜氯化電解法、氟化法。
鈦粉的應(yīng)用
航天航空領(lǐng)域
鈦材已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，因?yàn)殁伜辖鹁哂懈邚?qiáng)度、高耐熱性能、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)。鈦合金可以在降低飛機(jī)的整體重量的同時提升飛機(jī)防彈能力，降低飛機(jī)起飛/著陸的跑道距離，增加飛機(jī)的機(jī)動性、可操控性和掛載能力。
隨著中國國力的日益提升，對海洋權(quán)益的維護(hù)能力也與日俱增，艦載機(jī)數(shù)量也不斷增大，對耐海水腐蝕的鈦材需求量將逐年上升。
石油化工領(lǐng)域
研究表明，在高溫高壓、高腐蝕介質(zhì)、高氯環(huán)境下，鈦合金仍然是首選材料。由于在石油化工領(lǐng)域主要使用的是鈦及鈦合金的耐腐蝕性能，對耐熱性能的要求不高，所以與航空航天領(lǐng)域所使用的鈦材相比，鈦材種類較為單一，主要使用的是工業(yè)純鈦和TA10。這兩種鈦材的價格都比較便宜，其熔煉工藝、加工工藝和焊接工藝在國內(nèi)都比較成熟，所以在國內(nèi)石油化工領(lǐng)域能夠大量使用。
海洋工程領(lǐng)域
鈦材因耐海水腐蝕和海洋氣氛腐蝕性能優(yōu)異，且溶出離子極少，無毒性和對環(huán)境無污染，能夠很好地滿足海洋工程方面的應(yīng)用需求，海洋工程有望成為新型的鈦民用市場。在海洋工程方面，鈦主要被用于海洋油氣開發(fā)、海邊建筑、沿海發(fā)電站、海水淡化裝置、船舶、海洋漁業(yè)、海洋能量轉(zhuǎn)換等方面。鈦材在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用不但可以減輕相關(guān)設(shè)備的自身質(zhì)量，而且可以減少維護(hù)成本和延長相關(guān)設(shè)備的使用壽命。例如，在船舶中使用鈦材，其設(shè)備壽命可以延長至30~40年，而鋁合金、軟鋼等船舶10年就需要維護(hù)。不僅如此，鈦材還具有優(yōu)異的低溫性能，在-253℃下還能保持一定的塑性，并且在低溫環(huán)境中的體積變化較小，非常適合于北極破冰船等使用。
生物醫(yī)療領(lǐng)域
鈦材因質(zhì)量輕、彈性模量低、無毒性、無磁性和生物學(xué)反應(yīng)小，被世界公認(rèn)為生物醫(yī)療領(lǐng)域最理想的人體植入物金屬材料。鈦及鈦合金加工材被廣泛應(yīng)用于矯形外科、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)外科、口腔外科和人體外培養(yǎng)機(jī)等方面。另外，鈦材還因無毒以及表面TiO2良好的殺菌作用被應(yīng)用于生物制藥等領(lǐng)域。在人體植入物方面，鈦材被用來制備股骨頭、種植牙髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、假體、緊固螺釘?shù)?，由此也可以看出，鈦材主要被用于骨科，而骨科的植入生物材料占市場份額大約為38% ，是植入生物材料最大的市場。骨科植入物產(chǎn)品主要包括脊柱類產(chǎn)品、創(chuàng)傷類產(chǎn)品、人工關(guān)節(jié)產(chǎn)品和神經(jīng)外科產(chǎn)品等。
參考文獻(xiàn)：
尚青亮等. 金屬鈦粉的制備工藝
徐志超. 國內(nèi)鈦粉應(yīng)用現(xiàn)狀
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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