[發明專利]一種制備鈦鋁合金的方法

有效

• 申請號: 201310392132.9
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103409628A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 李軍;楊紹利;侯靜;吳恩輝;黃平
• 申請（專利權）人: 攀枝花學院
• 主分類號: C22B5/04
• 分類號: C22B5/04;C22C1/00;C22C14/00;C22C21/00;C22C30/00
• 代理公司: 成都希盛知識產權代理有限公司 51226
• 代理人: 柯海軍;武森濤

技術領域

本發明涉及一種制備鈦鋁合金的方法，具體涉及一種采用鋁熱還原法制備鈦鋁合金的方法，屬于冶金材料領域。

背景技術

鈦鋁合金密度低、耐熱性好，具有高的比強度、比剛度，以及高的抗高溫蠕變性能和抗氧化能力，因而成為超高音速飛行器和下一代先進航空發動機的首選材料，除了在航空航天領域外，鈦鋁合金在化學工業、人體植入物如髖關節替代品或者近海工業、能源工業中的應用也逐漸增加。此外鈦鋁合金在體育用品和日常消費品領域，如高爾夫球棒、自行車或珠寶飾物中的需求量也越來越多，使得鈦鋁合金已經成為了我們日常生活中的一部分。鈦鋁合金在汽車用材上的應用也已引起人們的關注。鈦鋁合金可分為三種：除了Ti-Al和Ti₃-Al之外還有Ti-Al₃。Ti和Al的原子比為1：1的γ-Ti-Al是鈦鋁金屬間化合物的代表化合物，晶體結構屬于有序面心正方結構。γ-Ti-Al合金具有密度低、強度高、高溫性能好等優點。γ-Ti-Al排氣閥已成功通過了苛刻的長周期發動機試驗。1997年底，用單相制成的渦輪機葉輪復蓋盤和空氣密封圈得到了工程論證。綜上所述，γ-Ti-A1合金具有廣闊的市場和應用前景。

目前，制備鈦鋁合金的方法主要有粉末冶金，鑄錠冶金等。這些方法都是采用純金屬鈦與金屬鋁等作為原料，但由于金屬鈦價格非常昂貴，這就使得制備鈦鋁合金的成本非常高，難以鈦鋁合金大規模生產。為了降低生產成本，本領域科研人員對鈦鋁合金的制備方法進行了改進，如：申請號為200910130982.5的專利申請，其公開了一種制備鈦鋁合金的方法，該方法主要步驟如下：1）配料：采用鈦的氧化物鈦白粉，將其熱處理，然后添加鋁鎂粉和鋁粉及還原活化劑、發熱劑、經攪拌機攪拌均勻；2）將上述攪拌均勻后的物料放置到反應坩堝中，送到反應器，冶煉；3）冶煉結束后，自然冷卻到常溫取出。該方法相比傳統方法，降低了鈦鋁合金的生產成本，但是該方法存在如下缺點：所得的鈦鋁合金產品氧含量較高，雜質含量高等。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種制備鈦鋁合金的方法。

本發明制備鈦鋁合金的方法，按質量比取鈦源：還原劑：造渣劑：發熱劑=1：0.65～0.85：0.27～0.42：0.15～0.25，混勻，點火、于1900～2100℃冶煉1～2分鐘、冷卻、除渣，得到鈦鋁合金；

其中，鈦源為鈦白粉、高鈦渣和金紅石中的至少一種，還原劑為鋁粉；造渣劑為以生石灰為主，含有蘇打和氟化鈣中的至少一種形成的二元或三元造渣劑，其中，生石灰按質量百分比為70～80%；發熱劑為氯酸鉀或過氧化鋇。

本發明選用了二元或三元造渣劑，可以增加冶煉過程中渣的流動性，使合金與渣易于分離，可以使反應過程中產生的有害雜質吸收在渣中，降低渣中雜質元素。

本發明制備鈦鋁合金的方法是采用鋁熱還原法制備鈦鋁合金。所述點火方式可以是常規的點火方式，優選電點火；更優選電點火時點火設備為調壓器，點火劑采用過氧化鋇和鋁粉的混合物，過氧化鋇和鋁粉的質量比為2:1。冶煉的設備可以是常規的冶煉設備，優選豎式冶煉爐（其結構如圖1、圖2所示），其底部為圓形砂窩，爐子尺寸高徑比為2:1。

采用豎式冶煉爐冶煉時，由于冶煉爐是敞口的，所以冶煉過程中會有很多氧夾雜在合金中，為了減少合金增氧，需要在冶煉過程中高溫熔體表面覆蓋一層保護渣進行保護。

本發明制備鈦鋁合金的工藝流程如圖3所示。

冷卻得到的鈦鋁合金可以通過起錠除去合金表面的渣，使合金與渣分離，得到需要的合金。

進一步地，為了得到更好的鈦鋁合金，優選按質量比所述的鈦源：還原劑：造渣劑：發熱劑=1：0.69～0.78：0.3～0.38：0.18～0.22。

進一步地，為了得到更好的鈦鋁合金，優選按重量比所述的鈦源：還原劑：造渣劑：發熱劑=1：0.74：0.36：0.22。

進一步地，優選造渣劑為生石灰、蘇打和氟化鈣形成的三元造渣劑；其中各組分按質量百分比為：生石灰：70～80%，蘇打：5%～15.4%，氟化鈣：12%～25%。

進一步地，為了除去其中的水分及有機雜質，提高爐料的單位熱效應。優選本發明制備鈦鋁合金的方法還包括如下步驟：冶煉前先將鈦源、造渣劑進行預熱，預熱溫度為100℃～300℃，預熱時間為4～6小時。

進一步地，為了達到較好的預熱效果，優選所述的預熱時間為5小時。