钛粉技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

70年代初，国内钛粉末冶金刚刚起步，钛粉的应用还未引起人们的注意。随着国内HDH钛粉生产工艺的日趋完善和质量的提高，使钛粉大批量广泛应用成为可能。钛粉首先是用于制造净成形钛粉末冶金致密件和多孔件，如利用钛和钛合金良好的耐蚀性及高的比强度，用于制造飞机汽车发动机构件和石油化工等工业部门的耐磨耐蚀部件。为了使钛粉末冶金件用于宇航、汽车等工业，国内外开发了多种制备高质量钛粉的工艺设备，如电弧旋转电极法、等离子旋转电极法、电子束旋转盘法、电弧旋转增涡法及近期开发的无增涡高频感应熔炼气雾化法等等。国内用等离子旋转电极法和气雾化法也制出了氧含量低于0.15%的钛粉，但始终没有在国内的宇航和汽车工业得到广泛应用。国内钛粉末冶金搞了30年，进入实用化的粉冶件仅限于阀门、耐磨耐蚀轴和多孔元件。相反，钛粉在其他方面的应用却十分活跃，很多产品由于钛粉的应用而使性能大大改善。将钛粉应用于金刚石工具，可大大改善合金对金刚石的浸润性和粘结强度；用于烟花生产，可提高火药的燃烧率，且花型花色都有独特效果；用于硬质合金钥顶头，可大幅度提高其使用寿命。80年代，国际交往日益活跃，大规模引进先进技术对钛粉的应用起到很大推动作用，对钛粉的性能也提出了更高的要求。从意大利SAES公司引进荧光灯生产线后，国内就相继开发了钛汞齐和错铝吸气剂，不仅提高了荧光灯的质量，而且改善了环境。钛汞齐中使用的高纯钛粉原从日本进口，杂质含量和含气量都很低，国产钛粉也已达到了使用要求，并向日本、美国等批量出口，特别值得一提的是钛粉在铝合金添加剂中的应用。含钛粉的铝合金添加剂加入铝合金中能有效细化晶粒，改善制品表观，改善加工性能和力学性能。80年代末从英国FOCECO公司引进钛硼添加剂后，仅短短的几年时间，钛硼添加剂就成了国内钛粉最大的用户，用量每年达上百吨。在其它方面，前苏联等国早在60年代就将钛粉大量用于环氧涂料和摩擦材料，国内从70年代起就开始从事这方面的研发，直到90年代后期才随着工业技术的发展和生产成本的降低而终于走出实验室，开始批量应用。

1、钛粉在涂料中的应用

以环氧树脂和钛粉为基的钛环氧涂料由于生成一种金属聚合物而具有良好的物理性能力学性能和抗腐蚀性能，在食品、冶金、化工、造纸等工业部门的许多腐蚀性介质中性能都很稳定，使用温度为20-80℃，使用寿命达1000-8760h。酿酒工业的各种容器已大面积使用这种涂料，获得良好的经济效益。国内80年代开始小批量试用于铸铁管道内壁防护涂敷及水箱油箱和设备外壳的修复。

钛环氧涂料具有优良的导静电性能由此开发了主要用于燃油储罐的导静电涂料。传统的油罐内壁多采用富锌涂料。国内曾发生因雷击等原因引起的油罐起火爆炸事件。国外某航空公司在一次空难事件事故 分析 中发现燃油中含锌离子。因此对富锌涂料的导静电性和安全性产生了怀疑，有的国家甚至禁止将富锌涂料用于航空油储罐。有关部门迫切希望开发出一种在导静电和安全性等方面都优于富锌涂料的油罐涂料。油罐涂料要求有稳定良好的导静电性能、粘附强度和耐蚀、耐热、耐油及耐候性，对油品无污染，并且施工简便，经济实用。导静电耐蚀钛环氧涂料是通过树脂的复配、偶联，再与钛粉配合成双组分涂料。该涂料解决了环氧树脂交联、用胺类固化后的环氧树脂脆化问题，具有良好的柔韧性和耐骤冷骤热性能与碳钢的粘结力大于10MPa，很适合在我国的气候条件下应用。该涂料在浸油三个月前后的电阻率的重复性极好，这是很多常规导静电涂料都达不到的。该涂料已成功用于5t油罐的内壁防腐涂层。经施工后三年的考察，钛环氧涂料表面仍质量完好，粘结牢固，未出现皱皮、起泡、剥落、变色、变软等异常现象，且对油品的各项理化指标均无不良影响。该涂料可在炼油厂、油田、部队、民航等系统广泛推广使用。

加入纳米钛粉可制成20多种高科技防腐涂料。该涂料能耐沸水和海水浸蚀，是海洋船体防腐涂料中极具发展前景的涂料。其硬度高，耐磨性好，还具自我修复能力，可作金属和非金属的修补剂。这种涂料还具有自洁性，某葡萄酒厂热水罐内用其处理后5年未发生结垢现象。钛是唯一对人类植物神经和味觉等没有任何影响的金属，其涂料尤其适用于食品 行业 。

2、钛粉在摩擦材料中的应用

汽车摩擦片中添加3%-5%的钛粉，摩擦对偶和摩擦片的寿命可提高2-3倍。汽车刹车时摩擦片与对偶间产生高温，使水气中分解出来的氢被对偶吸收而产生氢脆，影响对偶的寿命。加入钛粉后钛能在高温下将分解出来的氢气吸收，从而保护了对偶。前苏联曾将钛粉用于轿车和载重车等的摩擦片中，每年用量达500多吨。广州有色金属 研究 院与国内某单位从90年代初就合作进行了含钛粉摩擦片和离合器片的开发 研究 。在100-300℃温度区间，含钛摩擦片比非含钛摩擦片的摩擦系数和磨损率都稳定得多。这种摩擦片已成功地装车试验，取得了良好的效果。

第二节 产品工艺特点或流程

美国、日本等许多国家都作了大量钛的性质的 研究 工作，发现金属钛在一定的条件下能够吸收氢气，生成钛的氢化物，从而使具有韧性的海绵钛强度大大降低，变脆，便于磨碎，以便制成氢化钛粉，再将氢化钛粉在高温真空下脱氢，便制得钛粉。反应式如下：

采用立式氢化炉，在氢气正压下逐步升高温度来实现原料海绵钛与氢气的反应，对反应过程所进行的观察发现，在350℃时就发生氢化反应，再升高温度反应开始剧烈，并快速大量地吸氢，致使系统压力骤降，系统呈现负压，这时容易发生空气倒灌而引起事故，所以钛和氢气直接反应生成氢化钛的关键是控制好系统氢压。并且这种反应具有可逆性强、反应速度快以及反应热大的特点，海绵钛在一定的氢气正压下和高温状态下，反应式向正方向进行，海绵钛变成容易破碎的氢化钛。氢化钛经过磨碎成粉后在真空和高温下又向相反的方向进行，脱去氢后便形成钛粉。这就是氢化脱氢法的生产原理。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

由于钛的独特的理化性能和力学性能，使钛粉具有广阔的应用前景，钛粉的应用水平将不断提高。含钛涂料的研发和应用在近几年将会有大的突破。随着我国汽车工业的发展，含钛摩擦材料也很有发展前途.未来3-5年，汽车用钛粉末冶金件将获得广泛的应用，将成为继航天航空后钛的又一大领域，也是钛粉应用的一大领域.国内的钛粉生产规模和水平比70年代有了大幅度提高，但与国外相比仍有一定差距。如国内生产的低氧钛粉的质量还不够稳定，成本还比较高，技术上还有待改进。一旦解决了这些问题，钛粉的应用道路将更加宽广。
 

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