[发明专利]一种制备钛铝合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备钛铝合金的方法，具体涉及一种采用铝热还原法制备钛铝合金的方法，属于冶金材料领域。

背景技术

钛铝合金密度低、耐热性好，具有高的比强度、比刚度，以及高的抗高温蠕变性能和抗氧化能力，因而成为超高音速飞行器和下一代先进航空发动机的首选材料，除了在航空航天领域外，钛铝合金在化学工业、人体植入物如髋关节替代品或者近海工业、能源工业中的应用也逐渐增加。此外钛铝合金在体育用品和日常消费品领域，如高尔夫球棒、自行车或珠宝饰物中的需求量也越来越多，使得钛铝合金已经成为了我们日常生活中的一部分。钛铝合金在汽车用材上的应用也已引起人们的关注。钛铝合金可分为三种：除了Ti-Al和Ti₃-Al之外还有Ti-Al₃。Ti和Al的原子比为1：1的γ-Ti-Al是钛铝金属间化合物的代表化合物，晶体结构属于有序面心正方结构。γ-Ti-Al合金具有密度低、强度高、高温性能好等优点。γ-Ti-Al排气阀已成功通过了苛刻的长周期发动机试验。1997年底，用单相制成的涡轮机叶轮复盖盘和空气密封圈得到了工程论证。综上所述，γ-Ti-A1合金具有广阔的市场和应用前景。

目前，制备钛铝合金的方法主要有粉末冶金，铸锭冶金等。这些方法都是采用纯金属钛与金属铝等作为原料，但由于金属钛价格非常昂贵，这就使得制备钛铝合金的成本非常高，难以钛铝合金大规模生产。为了降低生产成本，本领域科研人员对钛铝合金的制备方法进行了改进，如：申请号为200910130982.5的专利申请，其公开了一种制备钛铝合金的方法，该方法主要步骤如下：1）配料：采用钛的氧化物钛白粉，将其热处理，然后添加铝镁粉和铝粉及还原活化剂、发热剂、经搅拌机搅拌均匀；2）将上述搅拌均匀后的物料放置到反应坩埚中，送到反应器，冶炼；3）冶炼结束后，自然冷却到常温取出。该方法相比传统方法，降低了钛铝合金的生产成本，但是该方法存在如下缺点：所得的钛铝合金产品氧含量较高，杂质含量高等。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种制备钛铝合金的方法。

本发明制备钛铝合金的方法，按质量比取钛源：还原剂：造渣剂：发热剂=1：0.65～0.85：0.27～0.42：0.15～0.25，混匀，点火、于1900～2100℃冶炼1～2分钟、冷却、除渣，得到钛铝合金；

其中，钛源为钛白粉、高钛渣和金红石中的至少一种，还原剂为铝粉；造渣剂为以生石灰为主，含有苏打和氟化钙中的至少一种形成的二元或三元造渣剂，其中，生石灰按质量百分比为70～80%；发热剂为氯酸钾或过氧化钡。

本发明选用了二元或三元造渣剂，可以增加冶炼过程中渣的流动性，使合金与渣易于分离，可以使反应过程中产生的有害杂质吸收在渣中，降低渣中杂质元素。

本发明制备钛铝合金的方法是采用铝热还原法制备钛铝合金。所述点火方式可以是常规的点火方式，优选电点火；更优选电点火时点火设备为调压器，点火剂采用过氧化钡和铝粉的混合物，过氧化钡和铝粉的质量比为2:1。冶炼的设备可以是常规的冶炼设备，优选竖式冶炼炉（其结构如图1、图2所示），其底部为圆形砂窝，炉子尺寸高径比为2:1。

采用竖式冶炼炉冶炼时，由于冶炼炉是敞口的，所以冶炼过程中会有很多氧夹杂在合金中，为了减少合金增氧，需要在冶炼过程中高温熔体表面覆盖一层保护渣进行保护。

本发明制备钛铝合金的工艺流程如图3所示。

冷却得到的钛铝合金可以通过起锭除去合金表面的渣，使合金与渣分离，得到需要的合金。

进一步地，为了得到更好的钛铝合金，优选按质量比所述的钛源：还原剂：造渣剂：发热剂=1：0.69～0.78：0.3～0.38：0.18～0.22。

进一步地，为了得到更好的钛铝合金，优选按重量比所述的钛源：还原剂：造渣剂：发热剂=1：0.74：0.36：0.22。

进一步地，优选造渣剂为生石灰、苏打和氟化钙形成的三元造渣剂；其中各组分按质量百分比为：生石灰：70～80%，苏打：5%～15.4%，氟化钙：12%～25%。

进一步地，为了除去其中的水分及有机杂质，提高炉料的单位热效应。优选本发明制备钛铝合金的方法还包括如下步骤：冶炼前先将钛源、造渣剂进行预热，预热温度为100℃～300℃，预热时间为4～6小时。

进一步地，为了达到较好的预热效果，优选所述的预热时间为5小时。