[發(fā)明專利]航空航天級高釩鋁合金降低氧、氮的熔煉工藝及真空裝置

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• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111733340A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張金波;李嘉誠;鄭杰
• 申請（專利權(quán)）人: 寶雞市嘉誠稀有金屬材料有限公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C27/02;B22F9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種航空航天級高釩鋁合金降低氧、氮的熔煉工藝及真空裝置，其包括以下的步驟：配料、混料與裝爐反應(yīng)、冷卻、拆爐與稱重、噴砂與精整、破碎、挑料、成品檢驗入庫。本發(fā)明在裝爐反應(yīng)結(jié)束時，將真空裝置加裝在坩堝上部，并啟動該裝置，將坩堝內(nèi)的氣體抽出，可以有效地減少釩鋁合金熔煉過程中因空氣存在而帶入的氧、氮等雜質(zhì)元素的含量。通過控制雜質(zhì)元素的含量來大幅提高釩鋁合金的純度，提升合金的品質(zhì)，滿足航空航天級中間合金的使用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及鈦合金用中間合金材料，具體涉及一種航空航天級高釩鋁合金降低氧、氮的熔煉工藝及真空裝置。

背景技術(shù)

鈦合金材料在航空航天、石油化工、造船等領(lǐng)域的應(yīng)用日益擴大，一個國家的鈦合金材料制備能力和產(chǎn)業(yè)化水平，已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力的重要因素。

在鈦合金制備過程中，由于不同的性能需求產(chǎn)生了不同牌號的鈦合金，不同的鈦合金牌號取決于鈦合金成份中不同的添加元素，而作為添加元素的合金稱為中間合金。釩鋁合金是一種常用的中間合金，主要作為制作鈦合金、高溫鈦合金的中間合金及某些特殊用途鈦合金的元素添加劑。

此外，釩鋁合金還是一種用于航空航天航海領(lǐng)域的高級合金材料，具有很高的硬度、彈性，耐海水腐蝕、質(zhì)輕等特點，除了用于航空航天，還可用來制造水上飛機和水上滑翔機。世界上只有美國和德國等少數(shù)國家才可以工業(yè)化生產(chǎn)。目前，中國的釩鋁中間合金用量尚小，主要滿足于航天航空、軍事等特殊領(lǐng)域的需求。隨著中國鈦材料以及相關(guān)特殊領(lǐng)域的發(fā)展需要，高質(zhì)量高等級的航空航天級用釩鋁中間合金生產(chǎn)尚處于空白，還不能滿足市場潛在的需求，特別是我國大飛機項目的實施，亟待開發(fā)生產(chǎn)出高質(zhì)量高性能的高級釩鋁中間合金。這樣不僅可以替代國內(nèi)進口，而且通過釩鋁中間合金產(chǎn)品打入鈦合金市場，也必將對我國鈦工業(yè)的發(fā)展起到強大的推動作用。特別是，由于高級釩鋁中間合金的主要用于飛行器制造，我國需加強研發(fā)生產(chǎn)，破解飛機制造的材料瓶頸。現(xiàn)階段國內(nèi)生產(chǎn)的釩鋁合金大多具有以下缺點：

1、合金成分中雜質(zhì)元素偏高，如O、N、C、S、P等，這些元素會對鈦合金性能產(chǎn)生較大影響。其中O、N、C為阿爾法相穩(wěn)定元素，與鈦之間形成間隙固溶體合金和金屬化合物相，使鈦合金塑性有顯著降低；S、P為有害元素，會使鈦合金產(chǎn)生脆性。

2、合金成分均勻性差，成分比例不穩(wěn)定，偶爾存在偏析的情況。這種偶爾存在的偏析，若用來制造航空航天器，則有可能是百分之百的致命因素，無法保證“萬無一失”的質(zhì)量要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在于提供一種航空航天級高釩鋁合金降低氧、氮含量的熔煉工藝及真空裝置，使熔煉出的中間合金主要元素分布均勻，雜質(zhì)元素如氧、氮等含量大幅降低，能制備出質(zhì)量穩(wěn)定的航空航天級釩鋁合金。具體的技術(shù)方案是：

一、一種航空航天級高釩鋁合金降低氧、氮含量的熔煉工藝，其特征在于，包括以下的步驟：

步驟1)，配料：按照設(shè)定的物料質(zhì)量百分比配比，選用合適粒度的純五氧化二釩、純鋁粉、純螢石粉、氯酸鉀，形成混合前物料，并烘干；

步驟2)，混料與裝爐反應(yīng)：將烘干后的V₂，100kg五氧化二釩、59.6kg鋁粉、15kg螢石粉、0.5kg氯酸鉀，放入混料器中，在溫度120～130℃條件下混料30～50分鐘形成混合均勻的物料，再裝入坩堝(5)內(nèi)形成爐料(6)，將少量鎂屑點燃后放入坩堝內(nèi)引燃爐料，發(fā)生鋁熱反應(yīng)3V₂O₅+10Al＝6V+5Al₂O₃；

步驟3)，冷卻：過量的鋁與反應(yīng)物釩形成釩鋁合金，在熔煉末期，將真空裝置加蓋在坩堝(5)上部氣密連接，在啟動真空機械泵(1)和真空羅茨泵(2)的同時打開控制閥(3)抽真空使坩堝(5)內(nèi)部形成負壓，真空度≤3Pa后關(guān)閉控制閥(3)，使反應(yīng)的物料(6)在坩堝(5)內(nèi)自然冷卻；