[发明专利]一种超重力辅助铝热还原法自蔓延制备钛铝合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛铝合金的制备领域，具体涉及到一种超重力辅助铝热还原法自蔓延制备钛铝合金的方法。

背景技术

钛铝合金具有熔点高、密度低、比强度高、比刚度高以及高的抗高温蠕变性等一系列优点，使其成为新一代高温结构材料。然而，由于钛铝合金高的制备成本，其一般只用于航空航天、军事等不计成本的高端领域，很难大规模应用于市场更为广阔的一般工业和民用领域。

铝热还原法是近年提出的一种低成本制备钛铝合金的新方法，原材料很容易获得，但由于其存在严重的渣-金不分现象，很难制备出性能优良的钛铝合金，金属回收率低下，原材料浪费严重。因此，如何解决铝热法制备合金过程中严重的渣-金不分现象问题，成为本领域中的重大关键瓶颈技术。

一般情况下，其他合金如Ti-Fe合金的制备由于合金与熔渣之间的密度差较大，在常规工艺条件下即能实现顺利而良好的分离。钛铝合金的密度在(4.0～4.5)/cm³，而炉渣的密度在(3.5～4.0)/cm³，二者相差非常小(0.5～1.0)/cm³，所以熔渣和合金的密度差太小，在常规冶炼工艺条件下分离困难，熔渣中夹带合金、合金中夹带熔渣现象严重。目前本领域一般都在优化制备工艺参数、降低炉渣粘度改善其流动性等方面进行探索，以期能提高分离效果，得到质量较好产品。本领域需要开发其他简便高效的技术。

发明内容

本发明要求解决的技术问题是本发明旨在铝热还原法制备钛铝合金过程中最大限度提高渣-金分离程度，提出一种超重力辅助铝热自蔓延制备钛铝合金的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案为提供了一种超重力辅助铝热还原法自蔓延制备钛铝合金的方法。该方法包括以下步骤：

a、将钛源与铝粉混合后加入介质进行研磨；

b、将研磨好的原料进行干燥，然后再加入发热剂和造渣剂压制成片状或块状坯料；

c、将步骤b压制好的坯料装入反应容器，在坯料表面添加点火剂，抹压平整，将反应容器置于高速离心机中；

d、启动高速离心机并运转到反应容器的超重力系数达到500～1200g时点火引燃，完成反应，钛铝合金和熔渣分离，得到致密的钛铝合金和炉渣。

优选的，步骤d所述的超重力系数为800～1200g。

其中，上述方法所述的钛源为高钛渣、金红石或钛白粉中的至少一种。

其中，上述方法所述的发热剂为氯酸钾、硝酸钾或过氧化钡中的至少一种。

其中，上述方法中所述的造渣剂为石灰、苏打或氟化钙中的至少一种。

其中，上述方法中所述的钛源、铝粉、发热剂、造渣剂的质量比为100︰60～80︰5～25︰20～60。

其中，上述方法中步骤b所述干燥为烘干，烘干的温度为100～200℃，时间为1～5h。步骤b中所述压制的压力为：5MPa～20MPa。压制的目的主要是将粉末状的原料稍微压实，以免在离心时造成粉末飞散即可，并不需要太大的压力。

其中，上述方法中步骤d的反应时间控制在10～20min。

其中，上述方法中步骤a所述的介质为无水乙醇。无水乙醇的加入量为钛源和铝粉总量的5％-10％。

其中，上述方法中步骤a中研磨至铝粉的和钛源的粒度为0.5um-3um。

其中，上述方法中所述的点火剂为过氧化钡和铝粉，两者的重量比例为：过氧化钡︰铝粉＝2︰1。

使用本发明方法时，一般要求钛源中TiO₂含量最好能大于85％，其他杂质较少。为了加工方便，钛源粒度可控制在钛白粉0.25um～0.5um；高钛渣和金红石可控制在74um～120um。

使用本发明以钛源为原料制备的钛铝合金的主要成分：Ti为45％～50％，Al为55％～50％，O<1％。，Fe<2％，Mn<1％。

本发明的优点在于：本发明利用超重力辅助铝热还原法自蔓延制备钛铝合金，相比于常规重力条件下制备的钛铝合金，其渣-金分离效果更好、合金中金属元素回收率能提高到85％以上、合金中的其它元素及氧含量可低于3％。并且步骤简便，反应快速，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为超重力辅助铝热自蔓延制备钛铝合金的过程示意图。

具体实施方式

本发明结合图1所示超重力辅助铝热还原法自蔓延制备钛铝合金的流程予以说明。

实施本发明上述方法的超重力辅助铝热还原法自蔓延制备钛铝合金的工艺流程如图1所示。