[發明專利]一種制備TiAl3

有效

• 申請號: 202110156521.6
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112981102B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 雷云;張亞坤;馬文會;張陳康健;李鵬
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C22C21/00;C22C1/02
• 代理公司: 天津煜博知識產權代理事務所(普通合伙) 12246
• 代理人: 朱維

本發明涉及一種制備TiAl₃合金并提純含Fe廢鋁合金的方法，屬于廢鋁合金資源化利用技術領域。本發明將含Fe廢鋁合金和鈦基物料混合均勻，再置于真空或惰性氣氛條件下加熱熔融并熔煉1?2h使易揮發性雜質充分揮發，得到成分均勻的鈦鋁合金熔體；在真空或惰性氣氛條件下，鈦鋁合金熔體在感應加熱下經定向凝固相分離和提純得到鈦鋁合金錠，其中鈦鋁合金錠依次包括TiAl₃合金、Fe?Mn雜質富集相、低Fe鋁合金和雜質富集相；將鈦鋁合金錠沿TiAl₃合金、Fe?Mn雜質富集相、低Fe鋁合金和雜質富集相的分界線切割得到TiAl₃合金和低Fe鋁合金。本發明可實現同時制備TiAl₃合金和提純含Fe廢鋁合金。

技術領域

本發明涉及一種制備TiAl₃合金并提純含Fe廢鋁合金的方法，屬于廢鋁合金資源化利用技術領域。

背景技術

鋁合金不僅具有密度小、強度高、耐腐蝕等一系列優良性能，而且還具有相當高的可回收性,它是最具有回收和再生利用價值的金屬，所以鋁合金目前已經成為世界上第二大金屬材料。近幾年，隨著原鋁產量的嚴重短缺和各種鋁產品相繼達到報廢年限，各類廢鋁合金的回收利用越發引了關注。廢鋁合金的回收利用具有許多關鍵的環境和經濟效益，例如：廢鋁合金回收所需的能量比從鋁土礦生產純鋁所需的能源少95％，并且僅排放5％的溫室氣體。此外，回收一噸廢鋁合金可節省8噸鋁土礦，14000千瓦時能源，6300升石油等。然而，再生利用鋁過程中不斷積累的有害雜質元素是鋁合金再生利用面臨的最大挑戰。積累的雜質給廢舊鋁合金的二次回收利用提供了嚴重的、長期的障礙，這些元素包括Si、Mg、Zn、Fe、 Cu和Mn等，其中Fe雜質的影響最為嚴重。Fe能在鋁合金形成針狀的、硬的脆的β-Fe相，割裂鋁基體，嚴重損害材料的塑性、耐蝕性和抗疲勞性等性能。所以，如何去除廢鋁合金中的Fe雜質是廢鋁合金再生利用的關鍵問題。

TiAl₃合金作為輕質高溫結構材料，具有密度低，良好的高溫抗蠕變性能、優異的耐高溫性能及較好的彈性模量等優點，是一種具有巨大應用潛力的航空航天材料。目前TiAl₃合金的主要制備方法為：熔煉法和自蔓延高溫合成法。這些方法都采用純鈦和純鋁進行TiAl₃合金制備，生產成本高；此外，這些方法還都存在制備過程不易控制的缺點，易生成Ti-Al 中間相，或者夾雜少量的Al相和Ti相，導致制備的TiAl₃合金不純，并且不致密、多孔。

發明內容

本發明針對現有技術中廢鋁合金中的Fe雜質去除和TiAl₃制備的問題，提供一種制備 TiAl₃合金并提純含Fe廢鋁合金的方法，本發明采用真空或惰性氣氛條件下的電磁感應定向凝固爐進行鈦鋁合金熔體的分離和純化，選擇TiAl₃合金析出的液相線成分，以確保析出單一、高純的TiAl₃合金，避免夾雜Al相、Ti相和其它Ti-Al中間相；本發明依據結晶溫度的高低順序，TiAl₃合金析出結束后，將會析出Fe和Mn雜質相，然后再析出鋁，合金中的Mg和 Zn雜質則由于存在易揮發性，在保溫過程中被揮發消除；而合金中的Fe、Mn和Cu等雜質則在定向凝固過程中，由于在固/液界面處產生了分凝效應，被不斷的轉移到液相中，Fe和Mn雜質最終富集在TiAl₃和低Fe鋁合金之間以及最后凝固的合金的最頂端，Cu等雜質主要富集在最后凝固的合金的最頂端；雜質富集相將被切割去除，實現廢鋁合金的提純。

一種制備TiAl₃并提純含Fe廢鋁合金的方法，具體步驟包括：

(1)將含Fe廢鋁合金和鈦基物料混合均勻，再置于真空或惰性氣氛條件下電磁感應加熱熔融并熔煉1-2h使易揮發性雜質充分揮發，得到成分均勻的鈦鋁合金熔體；