[发明专利]通过还原四氯化钛制造钛合金材料

说明书

提供制造钛合金材料比如钛铝合金的方法。所述方法包括将包含钛离子(Ti⁴⁺)的TiCl₄经中间离子态(例如，Ti³⁺)还原为Ti²⁺，然后可进行歧化反应以形成钛铝合金。

优先权信息

本申请要求2016年10月21日提交的美国临时专利申请序号62/411,205的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体涉及通过在AlCl₃-系反应介质中还原四氯化钛(TiCl₄)来制造钛合金材料的方法。更具体地，钛合金材料通过下述方法形成：将TiCl₄中的Ti⁴⁺还原为较低价态的钛(例如，Ti³⁺和Ti²⁺)，随后进行Ti²⁺的歧化反应。可选地，其它的合金元素(alloyingelement)也可在还原和/或歧化工艺中由盐形成为合金。

背景技术

包含铝的钛合金材料(比如钛-铝(Ti-Al)系合金以及基于钛-铝(Ti-Al)金属间化合物的合金)是非常有价值的材料。然而，它们制备困难且昂贵，尤其是粉末形式，并且某些合金难以通过传统的熔融工艺获得。这种制造费用限制了这些材料的广泛应用，即使它们在航空航天、汽车和其它工业的应用中具有高度理想的性质。

用于形成钛-铝系合金以及金属间化合物的反应器和方法已经被公开。例如，WO2007/109847教导了一种通过基于用铝还原四氯化钛的两阶段还原法来制造钛-铝系合金和金属间化合物的分步法。WO2009/129570公开了一种适用于解决上述问题之一的反应器，在要求形成低铝的钛-铝系合金的条件下使用其时，该反应器与WO2007/109847中公开的反应器和方法联用。

然而，在WO2007/109847和WO2009/129570描述的方法中实际发生的化学过程的讨论并不代表完全理解从金属卤化物前体形成金属合金时发生的实际反应。

考虑到这些教导，存在更好地理解通过还原四氯化钛TiCl₄来制造钛铝合金的化学过程以及针对此类反应的改进的加工技术的需要。

以上对背景技术的引用并不构成承认这种技术形成本领域普通技术人员的公知常识的一部分。

发明内容

本发明的各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可从以下描述中清楚地知道，或者可通过实践本发明来获悉。

大体提供一种制造钛合金材料比如钛铝合金的方法。在一实施方式中，所述方法包括：在第一反应温度下将TiCl₄加入输入混合物中，以使得TiCl₄中的Ti⁴⁺的至少一部分还原为Ti³⁺，形成第一反应产物。输入混合物可包含：铝、可选的AlCl₃和/或可选的一种以上合金元素卤化物。在TiCl₄添加停止之后，可在干燥条件下加热第一反应产物以完全还原Ti⁴⁺或者基本上除去所有任何剩余的TiCl₄以形成第一中间体混合物，第一中间体混合物为含有Ti³⁺的AlCl₃-系盐溶液。然后，可将第一中间体混合物加热至第二反应温度，以使得Ti³⁺的至少一部分还原为第二中间体混合物，第二中间体混合物为含有Ti²⁺的AlCl₃-系盐溶液。然后，进一步将第二中间体混合物加热至第三反应温度，以使得Ti²⁺通过歧化反应形成钛合金材料。