[發(fā)明專利]制備鈦棒的方法、鈦棒、鈦合金及鈦合金器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010172805.X
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111235399B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設計）人: 王陸軍;陳慧;王子妍;王書杰
• 申請（專利權）人: 陜西創(chuàng)能新材料科技有限公司
• 主分類號: C22B9/20
• 分類號: C22B9/20;C22B34/12
• 代理公司: 西安智財全知識產權代理事務所(普通合伙) 61277
• 代理人: 張鵬

1.一種制備鈦棒的方法，其特征在于：所述方法使用制備鈦棒的裝置，所述裝置包括爐體，所述爐體內充有氬/氫混合氣體，所述爐體的頂部設置有氬氫等離子炬（1）和送料管（2），所述等離子炬（1）的電源輸入端位于所述爐體的外側，高頻直流電源（20）用于為所述等離子炬提供工作電源，所述等離子炬的下端位于所述爐體內，且所述等離子炬下方的爐體內設置有電極熔煉水冷銅坩堝（4），所述等離子炬與所述電極熔煉水冷銅坩堝（4）內的原料之間能夠產生等離子電弧（3），通過等離子電弧（3）對原料進行熔煉，形成鈦熔體；所述送料管（2）的一端位于所述爐體的外側，所述送料管的另一端位于所述電極熔煉水冷銅坩堝（4）的上側，用于向所述電極熔煉水冷銅坩堝（4）內輸送原料；

所述電極熔煉水冷銅坩堝（4）的出液口的下方設置有第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）且所述第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）的下端具有開口，使得相應的物料能夠從其上端開口進入，再從下端開口排出；所述第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）的外側設置有第一感應線圈，第一交流電源（6）用于為所述第一感應線圈提供工作電源，所述第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）的下端設置有兩個第一輔助輪（34），所述第一輔助輪（34）的下側設置有兩個第一夾持導向輪（12），兩個所述第一輔助輪（34）的內側距離以及兩個所述第一夾持導向輪（12）的內側距離與所述第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）的內徑相適配，所述第一夾持導向輪（12）的下側設置有第二感應線圈（14），所述第二感應線圈（14）通過獨立的交流電源為其供電，所述第二感應線圈（）14的上沿與所述第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）的下沿之間保持有一段距離，該段距離使得當第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）內的鈦熔體排出時先凝固；

所述第二感應線圈（14）的下方設置有第二感應熔煉水冷銅坩堝（10），且所述第二感應線圈（14）下端與第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）上端之間的距離為D-2D之間，D為應熔煉水冷銅坩堝的內徑，所述第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）的下端具有開口，所述第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）的外側設置有第三感應線圈，第二交流電源（7）用于為所述第三感應線圈提供工作電源，所述第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）的下端設置有兩個第二輔助輪，所述第二輔助輪的下側設置有兩個第二夾持導向輪（13），兩個所述第二輔助輪的內側距離以及兩個所述第二夾持導向輪（13）的內側距離與所述第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）的內徑相適配，所述第二夾持導向輪（13）的下側設置有第四感應線圈（15），所述第四感應線圈（15）通過獨立的交流電源為其供電；所述第四感應線圈（15）的上沿與所述第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）的下沿之間保持有一段距離，該段距離使得當第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）內的鈦熔體排出時先凝固；

所述第四感應線圈（15）的下方設置有第三感應熔煉水冷銅坩堝（11），且所述第四感應線圈（15）與第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）之間具有一段距離，所述第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）的下端具有開口，所述第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）的外側設置有第五感應線圈，第三交流電源（8）用于為所述第五感應線圈提供工作電源，高純鈦支撐桿（18）位于所述爐體內，且其下端與下拉桿（19）的上端連接，所述下拉桿（19）的下端延伸至所述爐體外并與下拉桿升降裝置的動力輸出端連接，所述高純鈦支撐桿（18）在所述下拉桿的帶動下能夠進入到所述第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）內；

所述方法包括如下步驟：

首先給整體體系通入循環(huán)水，抽真空至10^-1Pa-10^-3Pa，然后將高純鈦支撐桿（18）頂端置于第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）內的平衡界面位置處，高純鈦支撐桿（18）與下拉桿（19）相連，在電極熔煉水冷銅坩堝（4）內放置初始純鈦料，啟動氬氫等離子炬（1），使其工作，待初始純鈦料熔煉平衡后，通過送料管（2）不斷的將氧化鈦或者金紅石投入到電極熔煉水冷銅坩堝（4）中，此時的鈦熔體表層部分的溫度達到2400℃，高溫下氧化鈦或者金紅石熔解在純鈦熔體中，氧及鐵雜質以原子形式進入鈦熔體中，爐體內氣氛中的氫原子在高溫下熔解在鈦熔池（5）中，熔解到鈦熔體中的氫元素將熔體中的氧元素、氮元素和碳元素除去；隨著熔煉的進行電極熔煉水冷銅坩堝（4）中的鈦元素的不斷增加，鈦熔池（5）中的鈦熔體溢出流入到第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）中，通過第一觀察管（23）觀察第一感應熔煉水冷銅坩堝（9），當溢入第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）中的鈦熔體達到其內部空間的一半時，啟動第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）周圍的水冷銅坩堝感應線圈，在電磁感應的作用下，流入的熔體繼續(xù)處于熔化狀態(tài)，高純鈦支撐桿（18）上的鈦熔體與其熔接在一起；

待第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）中的熔體駝峰與第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）的上沿平齊以后，下拉桿（19）不斷的向下運動，隨著下拉桿（19）的運動，從第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）的底部排出的鈦熔體凝固成鈦棒，根據下拉桿（19）運動距離，當高純鈦支撐桿（18）的原有上端面位置位于第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）的上端面時，停止下拉桿（19）的運動，同時停止送料管（2）中的投料，啟動第二感應線圈（14）對鈦棒進行感應加熱直至其熔化并熔斷，然后驅動下拉桿（19）運動，待下拉桿（19）上熔斷鈦棒的上表面與第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）內的平衡界面相齊平后，停止下拉桿運動，啟動第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）外側的水冷銅坩堝感應線圈，然后向送料管（2）中投料同時啟動第一夾持導向輪（12）使得第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）內的鈦棒不斷邊凝固邊進入第二感應線圈（14）區(qū)域內，并通過第二感應線圈（14）對其加熱形成穩(wěn)定的鈦熔體液滴（29），鈦熔體液滴（29）滴落入第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）內；

通過第二觀察管（21）觀察鈦棒的熔化情況以及第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）內的情況，待第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）中的熔體駝峰與第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）的上沿平齊以后，下拉桿（19）不斷的向下運動，從第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）的底部排出的鈦熔體凝固成鈦棒，根據下拉桿（19）運動距離，當高純鈦支撐桿（18）的原有上端面位置位于第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）的上端面時，停止下拉桿（19）的運動，同時停止送料管（2）中的投料并停止第二感應線圈（14）的感應加熱以及第一夾持導向輪（12）的驅動；啟動第四感應線圈（15）對鈦棒進行感應加熱直至其熔化并熔斷，然后驅動下拉桿（19）運動，待下拉桿（19）上熔斷鈦棒的上表面與第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）內的平衡界面相齊平后，停止下拉桿運動，啟動第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）外側的水冷銅坩堝感應線圈；然后向送料管（2）中投料同時啟動第一夾持導向輪（12）使得第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）內的鈦棒不斷邊凝固邊進入第二感應線圈（14）區(qū)域內，并同時啟動第二夾持導向輪（13）使得第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）內的鈦棒不斷邊凝固邊進入第四感應線圈（15）區(qū)域內，通過第二感應線圈（14）對第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）排出的鈦棒進行加熱形成穩(wěn)定的鈦熔體液滴（29），鈦熔體液滴（29）滴落入第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）內，同時通過第四感應線圈（15）對第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）排出的鈦棒進行加熱形成穩(wěn)定的鈦熔體液滴（29），鈦熔體液滴（29）滴落入第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）內；

通過第三觀察管（22）觀察鈦棒的熔化情況以及第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）內的情況，待第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）中的熔體駝峰與第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）的上沿平齊以后，下拉桿（19）開始向下運動，伴隨著下拉桿（19）的向下運動，第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）內的鈦熔體將被以鈦棒的形式拉出，實現(xiàn)從氫去除氧雜質到第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）、第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）及第三感應熔煉水冷銅坩堝（11）中的分級凝固排雜過程，當第一感應熔煉水冷銅坩堝（9）和第二感應熔煉水冷銅坩堝（10）內部熔池的雜質過多時，將其傾倒至第一積渣池（16）和第二積渣池（17）中，然后重復上述整個過程，最后獲得的鈦棒經過高溫真空除氫，實現(xiàn)鈦棒的制備。