表面处理方法及一种海绵钛还原蒸馏罐的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种海绵钛还原蒸馏罐的表面处理方法以及一种应用该处理方法得到的海绵钛还原蒸馏罐。其中，海绵钛还原蒸馏罐的表面处理方法包括在海绵钛还原蒸馏罐的外表面喷涂合金钢和/或有色金属。由本发明所述的海绵钛还原蒸馏罐的表面处理方法处理得到的海绵钛还原蒸馏罐的使用寿命显著提高，抗变形能力增强，从而能够降低海绵钛生产工艺的生产成本。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料领域，具体地，涉及一种海绵钛还原蒸馏罐的表面处理方法 以及一种海绵钛还原蒸馏罐。 表面处理方法及一种海绵钛还原蒸馏罐
【背景技术】
[0002] "海绵钛"通常是指通过例如金属还原法生产出来的海绵状金属钛，其纯度一般为 99. 1-99. 7重量％，杂质元素总量为0. 3-0. 9重量％，硬度（HB)为100-157,根据纯度的不同 分为五个等级。
[0003] 由于优良的性能，钛及钛合金目前在各行业得到了较为广泛的应用，目前海绵钛 主要采用镁法生产，镁法生产海绵钛过程中的还原蒸馏步骤需要使用还原蒸馏罐。在海 绵钛生产过程中要尽量避免各种金属杂质进入海绵钛，因此必须对还原蒸馏罐进行渗钛处 理，但即使进行了渗钛处理，还原蒸馏罐罐体中的杂质元素仍然不可避免地少量进入海绵 钛中，从而对海绵钛的品质产生影响。
[0004] 现有技术中为了减少对海绵钛品质的影响，在还原蒸馏罐的材质的选择上存在一 定的限制，一般均使用碳钢板材来制作还原蒸馏罐。由于碳钢成分单一且几乎不含合金元 素，因此可以防止Ni、Cr等元素进入海绵钛，从而在一定程度上减轻了海绵钛质量的控制 难度。
[0005] 但是，在实际使用过程中，还原蒸馏罐罐体常出现严重的"脱皮"现象，从而使得还 原蒸馏罐罐体钢板的厚度逐渐减薄，使用一段时间后还原蒸馏罐罐体的强度显著下降且变 形严重而导致报废，大幅度增加了海绵钛生产工艺的生产成本。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种海绵钛还原蒸馏罐的表面处理方法，经该表面处理方法 得到的海绵钛还原蒸馏罐能够克服现有技术的缺陷，阻止还原蒸馏罐罐体常出现的"脱皮" 现象，防止还原蒸馏罐罐体的变形，并提高海绵钛还原蒸馏罐的使用寿命，从而能够降低海 绵钛生产工艺的生产成本。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种海绵钛还原蒸馏罐的表面处理方法，该方法 包括在海绵钛还原蒸馏罐的外表面喷涂合金钢和/或有色金属。
[0008] 本发明的另一目的是提供一种海绵钛还原蒸馏罐，所述海绵钛还原蒸馏罐经本发 明所述的表面处理方法处理后得到。
[0009] 通过上述技术方案能够克服现有技术的缺陷，阻止还原蒸馏罐罐体常出现的"脱 皮"现象，防止还原蒸馏罐罐体的变形，提高海绵钛还原蒸馏罐的使用寿命，从而能够降低 海绵钛生产工艺的生产成本。
[0010] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】 toon] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0012] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的"碳钢"是指碳的质量分数小于 2. 11%的铁碳合金，其中一般还含有少量的硅、锰、硫和磷等元素，也可称为碳素钢。
[0013] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的"合金钢"是指在普通碳钢或碳素 钢的基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。
[0014] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的"有色金属"是指除去铁(也可除去 锰和铬）和铁基合金以外的所有金属及它们的合金，主要包括重金属（如铜、铅、镍、锌、钛)、 轻金属（如铝、镁)、贵金属（如金、银、钼）及稀有金属（如钨、钥、锗、锂、镧、铀）等。
[0015] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的"合金钢和/或有色金属层"包括 合金钢层，有色金属层以及合金钢层和有色金属层的具体三种实施方式。
[0016] 本发明的一个目的是提供一种海绵钛还原蒸馏罐的表面处理方法，该方法包括在 海绵钛还原蒸馏罐的外表面喷涂合金钢和/或有色金属。
[0017] 在本发明中，对合金钢和有色金属钢的质量等级没有特别的限定，本领域技术人 员可以根据实际需要并考虑生产成本等因素进行选择。
[0018] 经过本发明的上述表面处理方法处理得到的还原蒸馏罐的使用寿命较现有技术 的还原蒸馏罐的使用寿命提高至少0. 5倍，从而能够降低海绵钛生产工艺的生产成本，而 且所得到的海绵钛还原蒸馏罐罐体"脱皮"现象得到大幅度改善，并有益于进一步提高生产 的海绵钛的质量。
[0019] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，为了使得利用本发明所述的还原蒸馏 罐的罐体抗氧化能力增强，所述合金钢为选自不锈钢、高铬铁素体耐热钢和高铬镍耐热钢 中的至少一种；进一步优选为不锈钢。
[0020] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，为了使得利用本发明所述的还原蒸馏 罐的罐体抗氧化能力进一步增强，所述有色金属为选自钛及钛合金、铜及铜合金和镍及镍 合金中的至少一种，例如为镍包钛、镍包铜等有色金属粉末；进一步优选为镍包钛。所述的 镍包钛是指在钛的表面包裹一层镍，且镍占整个镍包钛的体积的10-20% ;所述镍包铜是指 在铜的表面包裹一层镍，且镍占整个镍包铜的体积的10-20%。在本发明中，所述钛合金是指 在钛的基础上，添加少量的除去碳或铁以外的一种或多种元素而构成的合金；所述铜合金 是指在铜的基础上，添加少量的除去碳或铁以外的一种或多种元素而构成的合金；所述镍 合金是指在镍的基础上，添加少量的除去碳或铁以外的一种或多种元素而构成的合金。
[0021] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，所述合金钢和有色金属均可以为粉末 形式。
[0022] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，为了降低生产成本，保证本发明所述的 还原蒸馏罐的使用寿命增长，并确保还原蒸馏罐罐体的抗变形能力增强，在还原蒸馏罐的 外表面喷涂合金钢，使得合金钢层的厚度为〇. 2-2_，进一步优选为0. 5-1. 5_。
[0023] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，为了降低生产成本，保证本发明所述的 还原蒸馏罐的使用寿命增长，并确保还原蒸馏罐罐体的抗变形能力增强，在还原蒸馏罐的 外表面喷涂有色金属，使得有色金属层的厚度为〇. 2-2_，进一步优选为0. 5-1. 5_。
[0024] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，为了降低生产成本，保证本发明所述 的还原蒸馏罐的使用寿命增长，并确保还原蒸馏罐罐体的抗变形能力增强，在还原蒸馏罐 的外表面喷涂合金钢和有色金属，使得合金钢和有色金属层的厚度为0. 2-2mm，进一步优 选为0. 5-1. 5mm。本发明对喷涂的合金钢层和有色金属层的层数没有特别的限定，只要喷 涂的合金钢层的厚度和有色金属层的厚度合计在〇. 2-2mm范围内即可，厚度合计优选在 0. 5-1. 5mm范围内。若合金钢层和有色金属层均为多层时，每一层的合金钢层和有色金属层 的厚度可以相同也可以不同，只要所有合金钢层和所有有色金属层的厚度合计在〇.2-2_ 范围内即可，厚度合计优选在0. 5-1. 5mm范围内。
[0025] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，所述喷涂的工艺为选自等离子喷涂工 艺、超音速喷涂工艺、火焰喷涂工艺和爆炸喷涂工艺中的至少一种；进一步优选为等离子喷 涂工艺和/或超音速喷涂工艺。其中，在本发明中，所述超音速喷涂工艺可以包括超音速等 离子喷涂和超音速火焰喷涂中的至少一种。
[0026] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，为了降低生产成本，并保证本发明所述 的还原蒸馏罐的使用寿命增长，所述喷涂工艺为火焰喷涂工艺时，所述合金钢粉末的颗粒 粒度为150-320目，优选为180-250目。
[0027] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，所述喷涂工艺为离子喷涂工艺、超音速 喷涂工艺和爆炸喷涂工艺中的至少一种时，所述合金钢粉末的颗粒粒度为10-50目，优选 为20-40目。
[0028] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，为了降低生产成本，保证本发明所述的 还原蒸馏罐的使用寿命增长，改善还原蒸馏罐罐体的"脱皮"现象，所述喷涂工艺为火焰喷 涂工艺时，所述有色金属粉末的颗粒粒度为150-320目，优选为180-250目。
[0029] 优选地，根据本发明所述的表面处理方法，所述喷涂工艺为离子喷涂工艺、超音速 喷涂工艺和爆炸喷涂工艺中的至少一种时，所述有色金属粉末的颗粒粒度为10-50目，优 选为20-40目。
[0030] 本发明中，粒度用通过筛分得到颗粒的筛网的网孔尺寸表示。
[0031] 在本发明中，对进行喷涂时所使用的喷枪的型号(类型）没有特别的限定，可以由 本领域技术人员自由选择，只要使用喷枪进行喷涂时能够使得合金钢和/或有色金属喷涂 到还原蒸馏罐罐体的表面即可。
[0032] 本发明的还有一个目的是提供一种海绵钛还原蒸馏罐，所述海绵钛还原蒸馏罐经 本发明所述的表面处理方法处理后得到。
[0033] 在本发明中，在对还原蒸馏罐罐体进行表面喷涂处理之前，还可以对罐体表面进 行喷砂处理，喷砂处理的方法为本领域技术人员熟知，此处不再详细描述。喷涂时，为了提 高涂层和机体间的结合力，可以先喷涂一层打底层，厚度可以为0.05-0. 2mm，再喷涂工作 层，打底层可以为镍包铝或铝包镍粉末，对打底层的镍包铝或铝包镍粉末的颗粒粒径没有 特别的限定，例如可以为180-250目的镍包铝或铝包镍粉末。
[0034] 根据本发明制备得到的海绵钛还原蒸馏罐，在制备海绵钛时反复的加热和冷却过 程中还原蒸馏罐罐体表面不容易脱落，而即使有少量的脱落也由于其内侧为碳钢板材，元 素成分单一，对海绵钛的质量影响不大；而外侧喷涂的合金钢和/或有色金属具有强的抗 氧化性，不容易产生"脱皮"现象，从而使得海绵钛还原蒸馏罐的使用寿命大幅度延长，而本 发明的发明人意外地发现通过对还原蒸馏罐罐体的外表面喷涂的合金钢层和/或有色金 属层的原材料的粒度大小和各层厚度进行优化可以使得海绵钛还原蒸馏罐的罐体在预防 "脱皮"、提高使用寿命的同时使得抗变形能力增强。
[0035] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，在没有特别说明的情 况下，所用的材料均来自商购。
[0036] 在本发明的实施例中，在没有特别说明的情况下，所使用的喷枪的型号为 DF-5000,购自上海瑞法喷涂机械有限公司；所使用的碳钢板的型号为Q235A，购自重庆钢 铁公司；所使用的不锈钢粉末的牌号为410喷涂粉，购自长沙天久金属材料有限公司；所使 用的镍包钛粉末的牌号为Ni20Ti，购自成都核八五七新材料有限公司；所使用的镍包铜粉 末的牌号为Ni20Cu，购自成都核八五七新材料有限公司。
[0037] 在本发明的实施例中，在没有特别说明的情况下，所述超音速等离子喷涂工艺的 流程、超音速火焰喷涂工艺的流程、等离子喷涂工艺的流程和爆炸喷涂工艺的流程均包括 工件表面准备-预热-喷涂工作层-涂后处理；所述火焰喷涂工艺的流程包括工件表面准 备-预热-喷涂打底层-喷涂工作层-涂后处理。
[0038] 在本发明的实施例中，在没有特别说明的情况下，所述还原和蒸馏过程具体可以 包括：将镁加入还蒸罐内，然后升温到镁熔点以上，连续加入四氯化钛，使其与镁反应，还原 出钛，反应过程中要定期排出反应的副产物氯化镁，该过程即还原。还原结束后，将钛在还 蒸罐内进行真空蒸馏，以进一步去除海绵钛中残留的氯化镁和多余的镁而获得纯净的海绵 钛，该过程叫蒸馏。
[0039] 实施例1
[0040] 采用碳钢板制作好还原蒸馏罐。首先对还原蒸馏罐表面进行喷砂处理，去掉表面 的氧化物，然后使用喷枪，采用超音速等离子喷涂工艺对还原蒸馏罐罐体表面喷涂20-40 目的不锈钢粉末，测得不锈钢粉末层的厚度为1. 2mm。
[0041] 使用上述经表面处理的还原蒸馏罐生产海绵钛，持续使用30个周期(每一个周期 包括还原和蒸馏过程，每一个周期约需要350小时，下同）后，还原蒸馏罐罐体无"脱皮"现 象，无明显变形情况。
[0042] 实施例2
[0043] 采用碳钢板制作好还原蒸馏罐。首先对还原蒸馏罐表面进行喷砂处理，去掉表面 的氧化物，然后采用超音速火焰喷涂工艺对还原蒸馏罐罐体表面喷涂20-40目的镍包钛 粉，测得镍包钛粉层的厚度为0. 8mm。
[0044] 使用上述经表面处理的还原蒸馏罐生产海绵钛，持续使用30个周期后，还原蒸馏 罐罐体无"脱皮"现象，无明显变形情况。
[0045] 实施例3
[0046] 采用碳钢板制作好还原蒸馏罐。首先对还原蒸馏罐表面进行喷砂处理，去掉表面 的氧化物，然后采用等离子喷涂工艺对还原蒸馏罐罐体表面喷涂40-50目的不锈钢粉末和 10-20目的镍包钛粉末，测得该两种粉末形成层的厚度为1.4mm。
[0047] 使用上述经表面处理的还原蒸馏罐生产海绵钛，持续使用30个周期后，还原蒸馏 罐罐体无"脱皮"现象，无明显变形情况。
[0048] 实施例4
[0049] 采用碳钢板制作好还原蒸馏罐。首先对还原蒸馏罐表面进行喷砂处理，去掉表面
【权利要求】
1. 一种海绵钛还原蒸馏罐的表面处理方法，其特征在于，该方法包括在海绵钛还原蒸 馏罐的外表面喷涂合金钢和/或有色金属。
2. 根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述合金钢为选自不锈钢、高铬铁素体 耐热钢和高铬镍耐热钢中的至少一种；所述有色金属为选自钛及钛合金、铜及铜合金和镍 及镍合金中的至少一种。
3. 根据利要求1或2所述的表面处理方法，其中，所述合金钢和有色金属均为粉末形 式。
4. 根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，喷涂所述合金钢和/或有色金属，使得 合金钢和/或有色金属层的厚度为〇. 2-2mm。
5. 根据权利要求4所述的表面处理方法，其中，使得合金钢和/或有色金属层的厚度为 0· 8_L 4mm〇
6. 根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述喷涂的工艺为选自等离子喷涂工 艺、超音速喷涂工艺、火焰喷涂工艺和爆炸喷涂工艺中的至少一种。
7. 根据权利要求6所述的表面处理方法，其中，所述喷涂的工艺为等离子喷涂工艺和/ 或超音速喷涂工艺。
8. 根据权利要求6所述的表面处理方法，其中，所述喷涂工艺为火焰喷涂工艺时，所述 合金钢粉末的颗粒粒度为150-320目，优选为180-250目；所述喷涂工艺为等离子喷涂工 艺、超音速喷涂工艺和爆炸喷涂工艺中的至少一种时，所述合金钢粉末的颗粒粒度为10-50 目，优选为20-40目。
9. 根据权利要求6所述的表面处理方法，其中，所述喷涂工艺为火焰喷涂工艺时，所述 有色金属粉末的颗粒粒度为150-320目，优选为180-250目；所述喷涂工艺为等离子喷涂 工艺、超音速喷涂工艺和爆炸喷涂工艺中的至少一种时，所述有色金属粉末的颗粒粒度为 10-50目，优选为20-40目。
10. -种海绵钛还原蒸馏罐，其特征在于，所述海绵钛还原蒸馏罐经权利要求1-9中任 意一项所述的表面处理方法处理得到。
【文档编号】C22B34/12GK104060211SQ201410111112
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】林剑东, 何藩, 黄平, 夏建辉, 姜方新, 王国庆, 刘彬, 曹钢 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司