[发明专利]制备钛棒的方法、钛棒、钛合金及钛合金器件

说明书

本发明公开了一种制备钛棒的方法、钛棒、钛合金及钛合金器件，涉及金属熔炼提纯技术领域。本申请所述方法将氧化钛或者金红石投入到氩氢等离子电弧高温熔炼钛的熔池中，高温下氧化钛或者金红石溶解在纯钛熔体中，然后利用氢去除氧等非金属元素，随着投放还原熔炼的进行，熔池中的熔体流入感应水冷铜坩埚中进行定向凝固，然后经区域熔炼后结合感应水冷铜坩埚再次进行定向凝固。通过区域熔炼和感应水冷铜坩埚中的定向凝固反复进行分离提纯去除杂质元素，所述方法通过多次提纯，最后钛棒经过真空脱氢，制备的钛棒纯度较高。

技术领域

本发明涉及金属的提纯及熔炼技术领域，尤其涉及一种制备钛棒的方法、钛棒、钛合金及钛合金器件。

背景技术

金属钛及其合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀、生物相容性强等特点，广泛应用于航天、航空、航海、兵器、石油、化工、冶金、医学等行业，金属钛已经成为国民经济中不可或缺的战略资源。我国钛的储量占世界第一，但是生产能力严重不足，尤其是纯度较高的纯钛。在高端结构材料中，钛合金中的氧含量会严重影响钛合金的性能，对纯度较高钛合金的需求巨大。

传统的金属钛的提炼方法为Kroll法，主要通过镁或者钠来从氯化钛熔体中还原钛，该方法能耗高，污染重，目前该方法需要向大型化、自动化、更加节能的方向发展。目前新的提炼方法有20多种，例如TiO₂的直接还原法（FFC）、钙热还原电解法（OS）、金属氢化物还原法（MHR）、Armstrang法（ITP）。TiO₂的直接还原法（FFC）由于TiO₂不导电，在电解初期需要很大的电流使得氧原子离子化，在钛还原过程中如何使得其他杂质原子不被还原是一个难题，另外还存在阳极烧损。钙热还原电解法（OS）与Kroll法相比具有节能的优点，但是钛产物与电解液分离难度极大。金属氢化物还原法（MHR）是利用金属氢化物还原生产钛粉，产物为钛、金属氧化物及氢气。Armstrang法（ITP）主要将TiCl₄蒸汽喷入过量的熔化金属钠中，该方法属于Kroll法的升级，获得的钛的纯度较高，是新的提炼方法成熟度最高的一种，如何进一步降低氧的含量有待进一步提高。

上述方法或者能耗大、污染大；或者杂质较多；或者分离困难，而且通常只能单一提炼氧化钛或者要先制备出钛盐，工艺复杂，不利于提炼及提纯钛的产业化和降低成本的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单，环保，节能的制备钛棒棒的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种制备钛棒的方法，其特征在于：所述方法使用制备钛棒的装置，包括如下步骤：

首先给整体体系通入循环水，抽真空至10^-1Pa至10^-3Pa，然后将高纯钛支撑杆顶端置于第一感应熔炼水冷铜坩埚内的平衡界面位置处，高纯钛支撑杆与下拉杆相连，在电极熔炼水冷铜坩埚内放置初始纯钛料，启动氩氢等离子炬，使其工作，待初始纯钛料熔炼平衡后，通过送料管不断的将氧化钛或者金红石投入到电极熔炼水冷铜坩埚中，此时的钛熔体表层部分的温度达到2400℃，高温下氧化钛或者金红石熔 解在纯钛熔体中，氧及铁等杂质以原子形式进入钛熔体中，炉体内气氛中的氢原子在高温下熔 解在钛熔池中，熔 解到钛熔体中的氢元素将熔体中的氧元素、氮元素和碳元素除去；随着熔炼的进行电极熔炼水冷铜坩埚中的钛元素的不断增加，钛熔池中的钛熔体溢出流入到第一感应熔炼水冷铜坩埚中，通过第一观察管观察第一感应熔炼水冷铜坩埚，当溢入第一感应熔炼水冷铜坩埚中的钛熔体达到其内部空间的一半时，启动第一感应熔炼水冷铜坩埚周围的水冷铜坩埚感应线圈，在电磁感应的作用下，流入的熔体继续处于熔化状态，高纯钛支撑杆上的钛熔体与其熔接在一起；