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钛系粉末冶金合金产业化研究进展 刘海彦汤慧萍 (西北有色金属研究院) 1前言 随着现代社会的发展，企业开始日益追求生产设备的长寿、安全、高效、节 能、环保，追求交通运输工具的轻量化、高速化、远程化。这些要求为性能优良 的钛材及钛制品的发展提供了巨大的市场机遇和发展动力。 在“十五期间，我国钛材产量是“九五”时的4倍，年产量达10000多吨， 仍供不应求，需要大量进口。“十一五期间，我国钛材年需求量达30000吨，2008 年必威体育精装版数据显示，我国海绵钛产量达到49632吨，居世界第一，比2000年同期增 钛、用钛的大国。钛行业无论是技术、装备水平还是产业规模都得到了飞速发展。 在市场强劲需求和产业飞速发展的同时，降低钛材成本已成为钛产业面临的 重要课题。据有关资料报道，在降低钛合金成本方面，全球已有超过20个重大项 目在运行，主要分两方面工作，一是改进压力加工工艺，另一个是采用近净成形 技术。粉末冶金技术是一种少无切屑的近净成形技术，材料利用率可以达到近乎 100％，是降低钛及钛合金成本的一个重要途径，是制造低成本钛合金的理想工艺。 在2008年召开的全球粉末冶金大会上，美国、欧洲以及中国的一些科技工作者介 绍了本国在粉末冶金钛及钛合金研究方面做的工作，可见粉末钛合金越来越受到 国际上的重视。因此，在建立粉末冶金行业战略联盟时，钛系粉末冶金材料将是 一个不可缺少的组成部分。 2国内外钛系粉末冶金材料研究现状 2．1钛及钛系合金粉末制备现状 低氧含量(O．2％wt)钛粉是制备高性能钛合金的前提。因此，随着高性能 钛合金需求量的日益增加，低氧含量钛粉的市场需求量也日益增加。目前，国际 上对低氧含量钛粉的需求量也在日益增长。据日本丰田公司透露，目前丰田公司 在研究和推广期的钛合金粉末冶金件主要有进气阀、排气阀、阀固定架、阀升降 杆和连杆等，在实现批量生产后，年生产量1200吨。同时，日本本田、三菱、美 127 国的通用等都在开发和试生产钛粉末冶金零件，据预测目前全球汽车工业用钛粉 末达到上万吨。因此，优质钛粉及高性能粉末冶金钛合金的研究与生产近年来非 常活跃。如何制备出低成本、低氧含量钛粉一直是国际国内钛粉研究的重点。典 型钛粉制备技术有氢化脱氢法、雾化法、氢化钙还原法及改进的钠还原法。氢化 脱氢法是将海绵钛或经机加工的钛金属碎屑，放入氢气气氛中加热，生成脆的易 碎的氢化钛，将氢化钛压碎、还原制成钛金属粉。用这种方法生产的钛粉末粒度 范围宽、成本低，对原料的要求不苛刻，工艺较易实现，容易产业化。但这种方 法制备的粉末往往氧、氮等含量偏高。近年来，日本东邦公司利用改进的氢化脱 氢工艺制备的钛粉粒度小于150pm，氧含量小于0．15％。在此研究的基础上，东 邦钛公司投资十亿日元建造了年产30t氢化脱氢法钛粉生产线。 西北有色金属研究院为了获得高质量的钛及钛合金粉末，从上世纪80年开展 了一系列重要的关键技术研究，包括氢化脱氢(HDH)技术，等离子旋转电极雾 化(PREP)技术、自蔓延燃烧合成(SHS)技术、高能磨技术、气流磨技术等等。 其中氢化脱氢技术包括大块物质的氢化技术、脱氢技术、氢气回收技术、钛粉的 包装储存技术等。自主设计研制了国内首台等离子旋转电极雾化设备，具备制备 低氧含量球形钛粉的能力。近年来西北有色金属研究院对氢化脱氢工艺做了细致 的研究和改进，在氢化、脱氢等工艺方面取得了一些新的突破，降低了钛粉的氧 含量，制备的钛粉粒度小于1501am，氧含量小于0．2％。在国家科技支撑计划项目 《年产3万吨钛材及其制品产业化关键技术开发(低氧钛粉及高性能钛粉末冶金 试生产线，生产出的钛粉在成分和性能上居国内领先水平。目前国内的五家相对 较大的钛粉生产企业：遵义钛厂、河北武邑凯美特特种金属粉末公司、陕西凤翔 县钛粉厂、宝鸡泉兴钛粉厂和宝鸡华泰钛粉厂，2007年共生产钛粉1518．5吨，其 技术都来自西北有色金属研究院的氢化脱氢技术。 2．2改善粉末冶金钛合金性能的研究 在“十五”863项目的资助下，西北有色金属研究院研究了稀土元素对粉末钛 合金致密化及性能的影响。结果发现稀土元素钕可促进粉末钛及钛合金的致密化， 并可细化晶粒。烧结后稀土钕以氧化物颗粒形式存在于钛基体中，颗粒尺寸分布 从几百纳米到20微米，起到了弥散强化作用。同时稀土元素夺取了钛基体中的氧， 使氧的固