|
|
Material Sciences 2024
浅析烟花用钛粉制备关键技术与发展趋势
|
Abstract:
钛粉因其优异的热、光学性能，成为提升烟花燃烧效果的关键材料，本文浅析了烟花用钛粉的制备工艺和关键技术，探讨了钛粉的粒径、纯度和化学稳定性等因素对燃烧速度和光效的影响。在钛粉制备方面，气雾化法以其高效生产能力和粒径控制优势；随着环保要求的提高，低烟低毒钛粉的开发和智能化生产的引入，推动了钛粉制备工艺向环保、高性能方向发展，为烟花行业带来新的可持续发展机遇。
Titanium powder has become an essential material for enhancing the combustion performance of fireworks due to its excellent thermal and optical properties. This article provides a brief analysis of the preparation process and key technologies for titanium powder in fireworks, examining the effects of factors such as particle size, purity, and chemical stability on combustion rate and luminosity. Among preparation methods, atomization stands out for its high production efficiency and precise particle size control. As environmental standards increase, the development of low-smoke, low-toxicity titanium powder and the integration of intelligent production technologies have advanced titanium powder preparation towards greater environmental friendliness and performance, offering new opportunities for sustainable growth in the fireworks industry.
| [1] | Bolzoni, L., Esteban, P.G., Ruiz-Navas, E.M. and Gordo, E. (2011) Influence of Powder Characteristics on Sintering Behaviour and Properties of PM Ti Alloys Produced from Prealloyed Powder and Master Alloy. Powder Metallurgy, 54, 543-550. https://doi.org/10.1179/003258910x12827272082623 |
| [2] | 王海英, 郭志猛, 芦博欣, 等. 钛合金粉末冶金工业化生产技术[J]. 钛工业进展, 2017, 34(1): 1-5. |
| [3] | 郭鲤, 何伟霞, 周鹏, 等. 我国钛及钛合金产品的研究现状及发展前景[J]. 热加工工艺, 2020, 49(22): 22-28. |
| [4] | 吴引江, 梁永仁. 钛粉末及其粉末冶金制品的发展现状[J]. 中国材料进展, 2011, 30(6): 44-50, 63. |
| [5] | 谭兆强, 张青, 郭学益, 等. 粉末冶金技术在汽车工业的新进展(英文) [J]. Journal of Central South University, 2020, 27(6): 1611-1623. |
| [6] | 杨芳, 李延丽, 申承秀, 等. 钛及钛合金粉末制备与成形工艺研究进展[J]. 粉末冶金技术, 2023, 41(4): 330-337. |
| [7] | 黄蔚官, 刘瑶, 黄蔚清, 等. 一种稻穗状烟花亮珠及其制备方法[P]. 中国专利, CN202210008209.7. 2022-05-13. |
| [8] | 万贺利, 徐宝强, 戴永年, 等. 钙热还原法制备钛粉过程的研究[J]. 功能材料, 2012, 43(6): 700-703, 707. |
| [9] | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T22781-2008烟花爆竹用钛粉关键指标的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008. |
| [10] | 黄寅生. 炸药理论[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2016. |
| [11] | Schmid, P., Bogdal, C., Wang, Z., Azara, V., Haag, R. and von Arx, U. (2014) Releases of Chlorobenzenes, Chlorophenols and Dioxins during Fireworks. Chemosphere, 114, 158-164. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.03.088 |
| [12] | 仲倩, 项雅萱, 顾宇航, 等. 奇趣智能冷烟花的实验设计[J]. 信息化研究, 2021, 47(6): 73-78. |
| [13] | 顾宇航, 王梦媛, 吴迪, 等. 一种环保冷烟花及其制备方法[P]. 中国专利, CN202110653972.0. 2021-10-01. |
| [14] | 吴俊逸. 一种测定烟花爆竹用钛粉中钛含量的方法[P]. 中国专利, CN201610776119.7. 2017-02-01. |
| [15] | 郭广浩. EIGA法钛粉制备感应熔炼数值模拟及实验研究[D]: [硕士学位论文]. 广州: 广东工业大学, 2021. |
| [16] | 郭广浩, 唐超兰, 楚瑞坤. 金属增材制造用钛粉制备研究[J]. 粉末冶金技术, 2022, 40(4): 340-350. |
| [17] | 陈莹莹, 肖志瑜, 李上奎, 等. 3D打印用金属粉末的制备技术及其研究进展[J]. 粉末冶金工业, 2018, 28(4): 56-61. |
| [18] | 国为民, 陈生大, 冯涤. 等离子旋转电极法制取镍基高温合金粉末工世的研究[J]. 航空工程与维修, 1999(5): 44-46. |
| [19] | 孙念光, 陈斌科, 向长淑, 等. 3D打印粉末生产用等离子旋转电极雾化制粉机[J]. 重型机械, 2019(5): 36-40. |
| [20] | 赵霄昊, 王晨, 潘霏霏, 等. 球形钛合金粉末制备技术及增材制造应用研究进展[J]. 粉末冶金工业, 2019, 29(6): 71-76. |
| [21] | 雷囡芝. 等离子旋转电极雾化法制备球形金属粉末的工艺及性能研究[D]: [硕士学位论文]. 西安: 西安理工大学, 2019. |
| [22] | 杨彤, 尹政鑫, 邱吉尔, 等. 等离子体雾化用等离子体发生器动静态特性研究[J]. 真空, 2021, 58(5): 66-71. |
| [23] | 廖先杰, 赖奇, 张树立. 球形钛及钛合金粉制备技术现状及展望[J]. 钢铁钒钛, 2017, 38(5): 1-8. |
| [24] | 梁永仁, 吴引江. 3D打印用钛及钛合金球形粉末制备技术[J]. 世界有色金属, 2016, 41(6): 150-151. |
| [25] | Herzog, D., Seyda, V., Wycisk, E. and Emmelmann, C. (2016) Additive Manufacturing of Metals. Acta Materialia, 117, 371-392. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019 |
| [26] | Chen, G., Zhao, S.Y., Tan, P., Wang, J., Xiang, C.S. and Tang, H.P. (2018) A Comparative Study of Ti-6Al-4V Powders for Additive Manufacturing by Gas Atomization, Plasma Rotating Electrode Process and Plasma Atomization. Powder Technology, 333, 38-46. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.04.013 |
| [27] | 戴煜, 李礼. 金属基3D打印粉体材料制备技术现状及发展趋势[J]. 新材料产业, 2016(6): 23-29. |
| [28] | 孙世杰. 加拿大PyroGenesis有限公司开发出新的生产细颗粒金属粉末的等离子雾化技术[J]. 粉末冶金工业, 2017, 27(6): 75. |
| [29] | 戴煜, 李礼. 等离子火炬雾化制备金属3D打印专用钛合金粉体技术分析[J]. 新材料产业, 2018(11): 55-60. |
| [30] | 刘艳, 尤齐燊, 朱红梅, 等. 电极感应气雾化法制备新型高硬度马氏体铁基合金粉末[J]. 粉末冶金技术, 2021, 39(6): 537-544. |
| [31] | 陆亮亮, 张少明, 徐骏, 等. 球形钛粉先进制备技术研究进展[J]. 稀有金属, 2017, 41(1): 94-101. |
| [32] | 王长军, 张梦醒, 陈清明, 等. 真空感应熔炼气雾化法制备高强度PH13-8Mo钢粉末的特性表征[J]. 材料热处理学报, 2020, 41(1): 94-101. |
| [33] | 高正江, 周香林, 李景昊, 等. 高性能球形金属粉末制备技术进展[J]. 热喷涂技术, 2018, 10(3): 1-9. |
| [34] | Zhao, S.Y., Chen, G., Tan, P., et al. (2016) Characterization of Spherical TC4 Powders by Gas Atomization and Its Interstitial Elemental Control. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 26, 980-987. |
| [35] | 刘畅. 气体雾化制粉过程中金属熔体在导流管内的流动与传热机理研究[D]: [硕士学位论文]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2020. |
| [36] | 田操, 陈卓, 刘邦涛, 等. 增材制造用TC4钛合金粉末制备工艺的优化[J]. 黑龙江科技大学学报, 2020, 30(2): 214-218. |
| [37] | 张宁, 陈岁元, 于笑, 等. 激光3D打印TC4球形合金粉末的制备[J]. 材料与冶金学报, 2016, 15(4): 277-284. |
| [38] | 贺卫卫, 贾文鹏, 杨广宇, 等. TiAl预合金粉末制备的研究进展[J]. 钛工业进展, 2012, 29(4): 1-6. |
| [39] | Lubanska, H. (1970) Correlation of Spray Ring Data for Gas Atomization of Liquid Metals. JOM, 22, 45-49. https://doi.org/10.1007/bf03355938 |
| [40] | 龙倩蕾, 吴文恒, 卢林, 等. 熔炼功率对EIGA制备Ti-6Al-4V合金粉末特性的影响[J]. 中国粉体技术, 2018, 24(4): 49-54. |
| [41] | Zhou, K. and Wei, B. (2016) Determination of the Thermophysical Properties of Liquid and Solid Ti-6Al-4V Alloy. Applied Physics A, 122, Article No. 248. https://doi.org/10.1007/s00339-016-9783-6 |
| [42] | Paradis, P.-F., Ishikawa, T. and Yoda, S. (2002) Non-Contact Measurements of Surface Tension and Viscosity of Niobium, Zirconium, and Titanium Using an Electrostatic Levitation Furnace. International Journal of Thermophysics, 23, 825-842. https://doi.org/10.1023/a:1015459222027 |
| [43] | Guo, K., Liu, C., Chen, S., Dong, H. and Wang, S. (2020) High Pressure EIGA Preparation and 3D Printing Capability of Ti-6Al-4V Powder. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 30, 147-159. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(19)65187-3 |
| [44] | Soni, S.K., Kirar, P.K., Kolhe, P. and Sahu, K.C. (2020) Deformation and Breakup of Droplets in an Oblique Continuous Air Stream. International Journal of Multiphase Flow, 122, Article 103141. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.103141 |
| [45] | Stefanitsis, D., Strotos, G., Nikolopoulos, N., Kakaras, E. and Gavaises, M. (2019) Improved Droplet Breakup Models for Spray Applications. International Journal of Heat and Fluid Flow, 76, 274-286. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2019.02.010 |
| [46] | 郑明月. 气雾化法制备增材制造用钛合金粉末研究[D]: [博士学位论文]. 北京: 北京科技大学, 2019. |
| [47] | 毛新华, 刘辛, 谢焕文, 等. 制备方法对3D打印用Ti-6Al-4V合金粉体特性的影响[J]. 材料研究与应用, 2017, 11(1): 13-18. |
| [48] | 洪艳, 曲涛, 沈化森, 等. 氢化脱氢法制备钛粉工艺研究[J]. 稀有金属, 2007, 31(3): 311-315. |
| [49] | 黄瑜, 汤慧萍, 吴引江, 等. 动态氢化脱氢制备低成本钛及钛合金粉末[C]//中国有色金属学会稀有金属材料与工程编辑部, 第十三届全国钛及钛合金学术交流会论文集. 2008: 826. |
| [50] | 黄光明, 雷霆, 方树铭, 等. 氢化脱氢制备钛粉的研究进展[J]. 钛工业进展, 2010, 27(6): 6-9. |
| [51] | 陈秀敏, 周杰, 张恩浩, 等. 一种电化学制备钛粉的装置及其方法[P]. 中国专利, CN202410480916.5. 2024-09-03. |
| [52] | 周新宇, 豆志河, 张廷安, 等. 自蔓延高温合成-电化学脱氧制备低氧钛粉(英文) [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2022, 32(10): 3469-3477. |
| [53] | 张格, 王建宏, 张浩. 金属粉末选区激光熔化球化现象研究[J]. 铸造技术, 2017, 38(2): 262. |
| [54] | 刘吉平, 刘克普, 吉伟生, 等. 一种低感度环保烟花药剂及其制备方法[P]. 中国专利, CN201911321894.3. 2020-04-10. |
| [55] | 韩爱军, 叶明泉, 陈昕. 一种改变高氯酸铵分解历程消除冷光烟花燃放异味的方法[P]. 中国专利, CN201210167312.2. 2016-03-02. |
| [56] | 李保强, 金化成, 张延昌, 等. 3D打印用球形钛粉制备技术研究进展[J]. 过程工程学报, 2017, 17(5): 911-917. |
