[发明专利]一种直接还原制备铪铝合金的方法

说明书

本发明涉及一种直接还原制备铪铝合金的方法，尤其涉及一种炉外铝热还原氧化铪制备铪铝合金的方法，属于冶金领域。该方法包括将氧化铪、含铝的还原剂、氧化剂、造渣剂和助熔剂混合均匀，装入坩埚，压实；将原料用镁屑或镁粉引燃，反应自发进行至反应结束，得到分离良好的合金锭和渣。本发明制备的铪铝合金的铪含量高达40～50wt％，Al+Hf≥99wt％，且铪在合金中以铝铪化合物形式存在。本发明制备过程无污染，成本低，生产效率高，工艺简单易行，且产品成分稳定。

技术领域

本发明涉及一种直接还原制备铪铝合金的方法，尤其涉及一种炉外铝热还原氧化铪制备铪铝合金的方法，属于冶金领域。

背景技术

铪为稀有难熔金属，在合金中添加铪元素，可以改善合金材料的强度、耐腐蚀性以及高温抗氧化性能等。如含10％铪的铪铌合金可用做登月火箭的喷嘴。含铪2％的钽-钨合金，由于具有高蠕变强度，可用做宇宙飞船的防护层。近年来，铝合金的应用已成为发展国民经济与提高人们物质生活和文化水平的重要基础材料，社会需求量迅速增长，应用领域也不断拓宽。铪在铝中的扩散系数低且溶解度小，通过形成L1₂结构的Al₃Hf中间相能够促进铝合金的析出强化，同时能够提高铝合金的热稳定性。Al₃Hf中间合金具有高熔点，优异抗氧化性能以及高温下高强度的优点。

传统的合金熔炼工艺制备的铝铪合金，极易造成成分的偏析和组织的不均匀，且合金中铪的含量较低。

申请号为201510888441.4的中国专利公开了一种铝铪合金制备方法，该方法以铝钙合金为复合还原剂，二氧化铪为原料，冰晶石、六氟铪酸钾、氯化钠和氯化铪为覆盖剂，还原后得到合金中铪的含量为0.8-2.5wt％，Al+Hf≥99wt％。

申请号为201510888911.7的中国专利公开了一种铝铪合金制备方法，该方法以铝锶合金为复合还原剂，二氧化铪为原料，冰晶石、六氟铪酸钾和氯化钠为覆盖剂，通过原料成分、配比控制和高温还原工艺后可制备出铪的含量为0.8-2.5wt％，Al+Hf≥99wt％的铝铪合金。

上述铝铪合金制备工艺和传统的熔炼工艺均在炉内进行，能耗较高且所得合金中铪的含量较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种铪含量高于40wt％，氧含量低于0.2wt％的高铪铝合金的制备方法，且该制备方法设备工艺简单、成本低、无污染。

本发明采用炉外铝热还原方法，能耗低，同时能够得到铪含量达50％的铪铝合金。

本发明采取的技术路线是：将氧化铪、铝粉或铝合金粉、氧化剂、造渣剂及助熔剂按一定比例混合均匀，将原料加入反应器压实，然后用镁粉在炉料上部引燃，反应开始自发进行，反应结束后得到渣和合金锭，破碎分离即可得到铪铝合金。

一种直接还原制备铪铝合金的方法，包括如下步骤：将氧化铪、含铝的还原剂、氧化剂、造渣剂和助熔剂混合均匀，装入坩埚，压实；将原料用镁屑或镁粉引燃，反应自发进行至反应结束，得到分离良好合金锭和少量渣。

本发明所述的氧化剂为工业级的氯酸钾，纯度大于95wt％；本发明以氟化钙为造渣剂，氟化钠为助熔剂，造渣剂氟化钙和助熔剂氟化钠均为工业级，纯度大于95wt％。

所述的含铝的还原剂能够与氧化剂反应放热，同时能还原氧化铪，含铝的还原剂为纯度≥95wt％，粒度≤1mm的粉体，可以是铝粉(工业纯)、铝钙合金粉(铝含量≥75wt％)或铝镁合金粉(铝含量≥75wt％)。

所述的氧化铪(二氧化铪)为粉体，粒度≤1mm，纯度≥95wt％，锆含量≤4.5wt％。

本发明中，各原料组分优选质量配比为：氧化铪：含铝的还原剂：氧化剂：造渣剂：助熔剂＝40～60：30～60：30～75：30～70：5～15。