[发明专利]一种生产钛合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产钛合金的方法。

背景技术

钛及钛合金具有一系列优良特性，被广泛用于航天、化工、电力、船舶、海水淡化及日常生活等诸多领域。目前钛合金生产方法主要采用在海绵钛中直接添加合金元素，经两次真空重熔后制得，这种方法主要以高成本的海绵钛、氢化钛粉等为原料，加上真空熔炼条件苛刻且能耗很高等不利因素使得钛合金价位居高不下，限制了其大规模的使用。

WO99/64638公开了一种生产钛合金的方法，该方法将不同的金属元素氧化物混合压制成阴极，以石墨为阳极，于熔盐CaCl₂（可添加少量CaO）中实施电解，阴极中的氧元素在电场力的作用下向阳极迁移并在阳极上放电生成CO、CO₂、O₂，阴极剩余的金属元素成为钛合金。如：李晴宇等采用分析纯的TiO₂和ZrO₂混合压制成型，经高温烧结制备出阴极，石墨为阳极，于900℃的CaCl₂中实施电解制备出TiZr合金。目前已有制备TiNi，Ti-10W，Nb3Sn，TiCr等合金的报道。但这种方法存在电流效率低、料块中心脱氧不完全、难以实现生产连续化等问题，制约其发展。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，以一种全新的思路生产钛合金，提供一种成本较低、生产周期较短、能耗较低并能够连续生产钛合金的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种生产钛合金的方法，其中，该方法包括：电解含有MgCl₂和LiCl的熔盐中的MgCl₂，保证电解生成的金属镁沉入所述熔盐中形成金属镁液层，将组成目标产物钛合金中的各金属元素的氯化物按照各金属元素在钛合金中的摩尔比混合均匀形成合金原料混合物，并将所述合金原料混合物与所述金属镁液层接触，使金属镁将合金原料混合物中的金属氯化物还原以得到钛合金，电解的条件以及合金原料混合物的加入量使还原反应消耗金属镁的速率小于或等于电解产生金属镁的速率。

本发明提供的方法与现行工业化的钛合金生产方法相比具有以下优点：原料来源广、成本低、能耗低，工艺流程短，可实现连续化生产；还原反应在熔盐底部的金属镁液层中进行，可有效的避免气氛等带来的污染，同时，分离产物时利用液态镁的流动性将其带出，可操作性强；电解反应和还原反应同时发生利于提升整体工艺的效率，采用本方法生产的钛合金，颗粒均匀并且其中各金属元素含量稳定、分布均匀。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的方法的一种实施方式的装置示意图。

附图标记说明

1阴极      2隔板

3阳极      4电解质熔池

5卸料部件  6合金原料混合物加料部件

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种生产钛合金的方法，其中，该方法包括：电解含有MgCl₂和LiCl的熔盐中的MgCl₂，保证电解生成的金属镁沉入所述熔盐中形成金属镁液层，将组成目标产物钛合金中的各金属元素的氯化物按照各金属元素在钛合金中的摩尔比混合均匀形成合金原料混合物，并将所述合金原料混合物加入所述金属镁液层中，使金属镁将合金原料混合物还原以形成钛合金，电解的条件以及合金原料混合物的加入量使还原反应消耗金属镁的速率小于或等于电解产生金属镁的速率。

根据本发明提供的方法，组成目标产物钛合金中的各金属元素的氯化物可表示为MCl_x，其中，M代表目标产物钛合金中的各金属元素（包括Ti），M可以代表本领域中常见的组成钛合金的元素，例如Ti、Al、V、Mo、Zr、Sn、Ni、Pd等。

本发明中金属镁与MCl_x发生以下还原反应：

xMg+2MCl_x→2M↓+xMgCl₂