[發明專利]制備鈦棒的方法、鈦棒、鈦合金及鈦合金器件

有效

• 申請號: 202010172805.X
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111235399B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王陸軍;陳慧;王子妍;王書杰
• 申請（專利權）人: 陜西創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

本發明公開了一種制備鈦棒的方法、鈦棒、鈦合金及鈦合金器件，涉及金屬熔煉提純技術領域。本申請所述方法將氧化鈦或者金紅石投入到氬氫等離子電弧高溫熔煉鈦的熔池中，高溫下氧化鈦或者金紅石溶解在純鈦熔體中，然后利用氫去除氧等非金屬元素，隨著投放還原熔煉的進行，熔池中的熔體流入感應水冷銅坩堝中進行定向凝固，然后經區域熔煉后結合感應水冷銅坩堝再次進行定向凝固。通過區域熔煉和感應水冷銅坩堝中的定向凝固反復進行分離提純去除雜質元素，所述方法通過多次提純，最后鈦棒經過真空脫氫，制備的鈦棒純度較高。

技術領域

本發明涉及金屬的提純及熔煉技術領域，尤其涉及一種制備鈦棒的方法、鈦棒、鈦合金及鈦合金器件。

背景技術

金屬鈦及其合金具有密度低、比強度高、耐腐蝕、生物相容性強等特點，廣泛應用于航天、航空、航海、兵器、石油、化工、冶金、醫學等行業，金屬鈦已經成為國民經濟中不可或缺的戰略資源。我國鈦的儲量占世界第一，但是生產能力嚴重不足，尤其是純度較高的純鈦。在高端結構材料中，鈦合金中的氧含量會嚴重影響鈦合金的性能，對純度較高鈦合金的需求巨大。

傳統的金屬鈦的提煉方法為Kroll法，主要通過鎂或者鈉來從氯化鈦熔體中還原鈦，該方法能耗高，污染重，目前該方法需要向大型化、自動化、更加節能的方向發展。目前新的提煉方法有20多種，例如TiO₂的直接還原法（FFC）、鈣熱還原電解法（OS）、金屬氫化物還原法（MHR）、Armstrang法（ITP）。TiO₂的直接還原法（FFC）由于TiO₂不導電，在電解初期需要很大的電流使得氧原子離子化，在鈦還原過程中如何使得其他雜質原子不被還原是一個難題，另外還存在陽極燒損。鈣熱還原電解法（OS）與Kroll法相比具有節能的優點，但是鈦產物與電解液分離難度極大。金屬氫化物還原法（MHR）是利用金屬氫化物還原生產鈦粉，產物為鈦、金屬氧化物及氫氣。Armstrang法（ITP）主要將TiCl₄蒸汽噴入過量的熔化金屬鈉中，該方法屬于Kroll法的升級，獲得的鈦的純度較高，是新的提煉方法成熟度最高的一種，如何進一步降低氧的含量有待進一步提高。

上述方法或者能耗大、污染大；或者雜質較多；或者分離困難，而且通常只能單一提煉氧化鈦或者要先制備出鈦鹽，工藝復雜，不利于提煉及提純鈦的產業化和降低成本的需要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單，環保，節能的制備鈦棒棒的方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：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，包括如下步驟：

首先給整體體系通入循環水，抽真空至10^-1Pa至10^-3Pa，然后將高純鈦支撐桿頂端置于第一感應熔煉水冷銅坩堝內的平衡界面位置處，高純鈦支撐桿與下拉桿相連，在電極熔煉水冷銅坩堝內放置初始純鈦料，啟動氬氫等離子炬，使其工作，待初始純鈦料熔煉平衡后，通過送料管不斷的將氧化鈦或者金紅石投入到電極熔煉水冷銅坩堝中，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，氧及鐵等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中的鈦元素的不斷增加，鈦熔池中的鈦熔體溢出流入到第一感應熔煉水冷銅坩堝中，通過第一觀察管觀察第一感應熔煉水冷銅坩堝，當溢入第一感應熔煉水冷銅坩堝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，流入的熔體繼續處于熔化狀態，高純鈦支撐桿上的鈦熔體與其熔接在一起；