[发明专利]钒铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及一种钒铝合金及其制备方法。

背景技术

铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。铝热剂指铝和金属氧化物的混合物。将铝粉和一定量的高熔点金属氧化物(如氧化铁等)混合后，用镁条引燃，可以看到铝粉在较高的温度下剧烈反应，反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒，生成物为氧化铝和该高熔点金属的单质。铝热反应十分激烈，所以点燃后难以熄灭，点燃之后很难控制反应过程。该反应是将炉料装入，并在点火后一刹那迅速产生高温(1700℃～3000℃)使得炉料处于熔融状态，进而进行合金提炼。这种冶炼方式的优点在于不需输入电热，能耗低，比电弧炉冶炼法生产成本低。

钒铝合金是一种用于钛合金的基础原料，当前是继钒在钢中应用之后的第二大应用领域。Ti-6Al-4V和Ti-8Al-1Mo-1V，这两种钛合金总共占钛合金市场的50％，主要用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳。钛合金生产所用的钒是以钒铝合金形式加入。日本、美国、英国等国家还在进一步加大含钒钛合金在民用工业中的应用研究。

目前，钒铝合金生产工艺中一般以五氧化二钒为原料，采用铝热法生产钒铝合金。由于五氧化二钒与金属铝反应放出大量的热量，热量大幅过剩、使反应呈现爆炸性，在绝热的情况下足以使体系的温度升高到3000℃以上。因此，炉料中通常要配入一定量的惰性物质(俗称消热剂)来控制反应速度和反应产物的温升。由于消热剂总是含有一定量的Fe、Si、P和重金属元素，因此生产出的钒铝合金中杂质含量较高。

中国专利CN200910117560.4中公开了一种钒铝合金材料的制备方法，该法按质量百分比计，称取粉末状的Al 20％～33.1％，V₂O₅50％～66.9％，在球磨机中混合8～16小时后，置于铜模具中用压力机在60～80MPa的压力下压实，将装有压好的反应物料的模具放于铝热反应容器中，物料上放置引燃剂，用惰性气体吹出残余的空气，在2～7MPa氩气保护下，加热到300℃左右进行反应，获得钒铝合金，其中，按照质量百分数，V为75％～95％，Al为5.0％～25.0％，S含量约0.15％，Fe含量约0.50％。显然在上述工艺中，所获得的产品中Fe和S等杂质含量较高，这是由于在球磨机中混合8～16小时会引进一些杂质。另外，由于铝热反应在密闭的压力容器中进行，因此极大限制了钒铝合金的产量，此外，由于要求设备的耐压性能强，因此会提高制造成本。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种钒铝合金的制备方法。该方法包括以下步骤：以五氧化二钒和铝为原料，点火进行还原反应，即可制得钒铝合金；其中，五氧化二钒与铝的重量比为1.15～1.8︰1；以整个内壁涂有电熔镁火泥的带孔的盖子的石墨坩埚作为冶炼炉。

优选的，上述钒铝合金的制备方法中，所述的五氧化二钒的纯度≥99.7％，所述Al的纯度≥99.85％。

优选的，上述钒铝合金的制备方法中，所述的孔的直径为1～2cm。

优选的，上述钒铝合金的制备方法中，所述带孔的盖子的孔的密度为15～20个/m²。

优选的，上述钒铝合金的制备方法中，点火所用的点火剂为过氧化钡，镁条作为引燃材料。

优选的，上述钒铝合金的制备方法中，还原反应完成后静置30min以上，再移动冶炼炉。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述制备方法得到的钒铝合金。

本发明钒铝合金的制备方法与现有工艺相比，未添加石灰等造渣冷却剂进行调节热量，不仅其成本更低，而且可以减少杂质的引入，有利于进一步减少钒铝合金中杂质的含量，所得合金纯度更高。

本发明钒铝合金的制备方法采用的石墨坩埚带有钻孔盖子既能够防止冶炼过程的合金液喷溅又能起到保温的过程利于渣金分离。同时采用石墨坩埚进行冶炼，合金外观质量较比打结炉体的合金更光滑整洁，合金质量更高，能够获得更高的成品率，完全符合工业大生产的要求，最终钒铝合金中典型化学成分：V为65.9wt％～90.13wt％、Fe≤0.10wt％、Si≤0.18wt％，满足后序进一步加工的要求。

具体实施方式

钒铝合金的制备方法，以五氧化二钒和铝粒为原料，采用一次铺料的方式，点火还原制得钒铝合金；其中，五氧化二钒与铝粒的重量比为1.15～1.8︰1；以内壁涂有电熔镁火泥的并且带有孔的盖子的石墨坩埚作为冶炼炉。