[发明专利]一种铌铝合金的制备方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及铌铝合金的制备，尤其涉及一种快速工业化制备铌铝合金的方法和系统，属于有色合金领域。

背景技术

铌铝合金作为制备高铌钛铝合金的添加剂，具有高熔点、低密度等特点，能够有效地降低在制备高铌钛铝过程中合金的偏析，被广泛应用于航空航天工业领域。

目前，我国高铌钛铝的制备技术已经达到国际领先水平。陈国良等对Ti-Al-Nb系进行了大量研究之后发现，通过加入高含量难熔金属铌元素可以使合金的熔点较普通钛铝合金提高约60-100℃，铌元素的固溶强化，使其900℃的屈服强度较普通钛铝合金提高了150-200MPa。高铌的加入在带来优越的高温性能的同时，也增加了高铌钛铝合金的制备难度。高铌钛铝合金熔点、高温强度的大幅提高必然要提高合金的熔炼温度和热加工温度，加大其制备成本和铌的偏析。因此，通过制备出一种低共熔点的铌铝合金，并有效地加入至钛铝合金中，可制备出性能优良、成分稳定均匀的高铌钛铝合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备铌铝合金的方法，该方法流程简单、生产成本低廉，所生产的铌铝合金成分均匀稳定，可以被广泛应用于铌铝合金的工业化生产。

本发明的另一个目的是提供一种制备铌铝合金的系统，实现制备流程简化，降低生产成本，可应用于铌铝合金的工业化生产，生产出成分均匀稳定的铌铝合金。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种铌铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将五氧化二铌、铝及少量助熔剂和除渣剂混合，形成混合物料；将剩余铝进行熔炼，形成铝液；再将所述混合物料加入到铝液中，使其能够通过铝热还原反应生成铌，并且所生成的铌均匀分布在铝液中，并与多余的铝反应生成成分均匀的铌铝合金。

其铝热反应方程式如下：

Nb2O5+103Al=2Nb+53Al2O3]]>

该标准反应自由能变化△G₂₉₈＝0.2855MJ，反应可以自动进行。

优选地，所述制备方法还包括铝热还原反应后控制熔液温度，采用具有由三氧化二铝制成搅拌棒的搅拌装置进行匀速缓慢搅拌，使反应生成的三氧化二铝及其它杂质能够有效地成渣，降低铌铝中间合金杂质含量，同时加速Nb的扩散，防止其偏析。

优选地，将五氧化二铌与铝及少量的助熔剂和除渣剂进行球磨混合并压制造粒，形成混合物料粒子。

优选地，所述熔炼过程在熔炼装置(如中频感应炉)中进行。

优选地，所述铝的熔炼和铌铝合金的制备和/或混料过程在真空或高纯惰性气体的保护下进行，有效防止制备过程中铝的氧化，降低铝的损耗。

优选地，所述的铌铝合金制备中各组分重量配比如下：

五氧化二铌：1份

铝：0.44-0.95份(优选0.5份)

助熔剂和除渣剂：少量

根据本发明的另一个方面，提供了一种铌铝合金的制备系统，其包括：混料装置，五氧化二铌、铝及少量的除渣剂在所述混料装置中混合，形成混合物料；以及熔炼装置，铝加入所述熔炼装置中，熔炼成铝液，再加入所述混合物料制备铌铝合金。

优选地，还包括抽真空装置和/或惰性气体输入装置，其与所述熔炼装置相连。

优选地，所述混料装置为球磨混合压制造粒装置。

优选地，所述熔炼装置设有温度控制装置和搅拌装置。

优选地，所述熔炼装置为中频感应炉。

优选地，所述搅拌装置的搅拌棒由三氧化二铝制成。

优选地，所述铌铝合金的制备系统还包括重量配比装置，在铌铝合金制备中，各组分重量配比为：五氧化二铌1份，铝0.44-0.95份(优选0.5份)，以及少量除渣剂。