[发明专利]钒铝合金制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钒铝合金制备方法，属冶金领域。

背景技术

钒铝合金是一种用于钛合金的基础原料，当前是继钒在钢中应用之后的第二大应用领域。Ti-6Al-4V和Ti-8Al-1Mo-1V，这两种钛合金总共占钛合金市场的50％，主要用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳。钛合金生产所用的钒是以钒铝合金形式加入。日本、美国、英国等国家还在进一步加大含钒钛合金在民用工业中的应用研究。

目前，钒铝合金生产工艺中一般以五氧化二钒为原料、采用铝热法生产钒铝合金。由于五氧化二钒与金属铝反应放出大量的热量，热量大幅过剩、使反应呈现爆炸性，在绝热的情况下足以使体系的温度升高到3000℃以上。因此，炉料中通常要配入一定量的惰性物资(俗称消热剂)来控制反应速度和反应产物的温升。由于消热剂总是含有一定量的Fe、Si、P和重金属元素，因此生产出的钒铝合金中杂质含量较高。

中国专利CN200910117560.4中公开了一种钒铝合金材料的制备方法，该法按质量百分比计，称取粉末状的Al20％～33.1％，V₂O₅50％～66.9％，在球磨机中混合8～16小时后，置于铜模具中用压力机在60～80MPa的压力下压实，将装有压好的反应物料的模具放于铝热反应容器中，物料上放置引燃剂，用惰性气体吹出残余的空气，在2～7MPa氩气保护下，加热到300℃左右进行反应，获得钒铝合金，其中，按照质量百分数，V为75％～95％，Al为5.0％～25.0％，S含量约0.15％，Fe含量约0.50％。显然在上述工艺中，所获得的产品中Fe和S等杂质含量较高，这是由于在球磨机中混合8～16小时会引进一些杂质。另外，由于铝热反应在密闭的压力容器中进行，因此极大限制了钒铝合金的产量，此外，由于要求设备的耐压性能强，因此会提高制造成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种生产成本较低的钒铝合金制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钒铝合金制备方法，以三氧化二钒和五氧化二钒为原料，以Al粉为还原剂，在反应炉中点火还原制得钒铝合金和炉渣；其中，三氧化二钒与五氧化二钒的重量配比为1∶1～2，Al粉的用量为原料完全还原为V理论用量(理论用量即为将三氧化二钒和五氧化二钒完全还原为金属钒所需要的Al粉用量)的1.2～1.5倍。

进一步的是：所述的三氧化二钒和五氧化二钒的纯度≥99.5％，所述Al粉的纯度≥99.7％。

进一步的是：点火还原所用的点火剂为过氧化钡，过氧化钡的纯度为分析纯。

进一步的是：所述炉渣用作反应炉的炉衬。

本发明的有益效果是：本发明钒铝合金制备方法与现有工艺相比，其成本更低，完全符合工业大生产的要求，且生产出的钒铝合金中杂质含量低，最终钒铝合金中，V为75wt％～85wt％、Fe≤0.3wt％、Si≤0.3wt％，满足后序进一步加工的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的钒铝合金制备方法，以三氧化二钒和五氧化二钒为原料，以Al粉为还原剂，在反应炉中点火还原制得钒铝合金和炉渣；其中，三氧化二钒与五氧化二钒的重量配比为1∶1～2，Al粉的用量为原料完全还原为V理论用量的1.2～1.5倍，上述理论用量即为将三氧化二钒和五氧化二钒完全还原为金属钒所需要的Al粉用量。采用过量的Al粉，可以在还原反应过程中，通过Al粉与金属钒的熔合形成钒铝合金，在此过程中，不会引入其它杂质，可以获得杂质含量较低的钒铝合金。上述点火还原所用的点火剂可以为常用的点火剂，如镁带等，优选为：点火还原所用的点火剂为过氧化钡，过氧化钡的纯度为分析纯，这样有利于减少杂质的引入，也有利于维持反应的顺利进行。

由于上述方法可直接在反应炉中进行，因此生产成本较低。另外，因为三氧化二钒与Al粉反应放出的热量不足以维持反应自发进行，而五氧化二钒与Al粉反应放出大量的热量，热量过剩，因此以五氧化二钒与三氧化二钒的混合物为原料与Al粉反应可以找到一个足以维持反应自发进行且热量又不过剩的平衡点，这就使得该反应不需要加入消热剂，因此可以减少杂质的引入，有利于减少钒铝合金中杂质的含量。

为了进一步减少钒铝合金中杂质的含量，所述的三氧化二钒和五氧化二钒的纯度≥99.5％，所述Al粉的纯度≥99.7％。

进一步的是，为了充分利用上述反应产生的炉渣，所述炉渣用作反应炉的炉衬，反应炉的炉衬用上述炉渣制作，还可以减少杂质的引入，有利于进一步减少钒铝合金中杂质的含量。