[发明专利]钒铝合金制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，特别涉及钒铝合金制备方法。

背景技术

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，钒铝合金通常采用铝热法生产，以五氧化二钒、金属铝和惰性物质(俗称消热剂)为原料，一次性放入反应装置中点火还原制得钒铝合金和炉渣，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。

也有科研人员对铝热法做了改良，如中国专利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％，V₂O₅ 50～66.9％，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，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％。但该方法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

本发明所要解决的技术问题是提供一种钒铝合金制备方法，该方法生产成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钒铝合金制备方法，以五氧化二钒和金属铝为原料，于反应装置中点火还原制得钒铝合金和炉渣；反应装置进料时采用连续给料的方式，进料速度5～40kg/min，优选为8～32kg/min。进料速度过高容易引起喷溅，造成安全问题，同时也会降低金属收率。

为了充分利用反应产生的炉渣，反应装置的炉衬用炉渣制成，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。炉渣的主要成分为刚玉，即Al₂O₃，以前炉衬通常采用镁砂即MgO进行打结，由于容易带进Si等杂质，所以用自身产生的炉渣作为炉衬材料更能保证合金的纯度。

优选的，五氧化二钒与金属铝的重量配比为1.1～1.9∶1。原料采用过量的Al粒，可以在还原反应过程中，通过Al粒与金属钒的熔合形成钒铝合金，在此过程中，不会引入其它杂质，可以获得杂质含量较低的钒铝合金。

优选的，为了进一步减少钒铝合金中杂质的含量，所述五氧化二钒的纯度≥99.5％，所述金属铝的纯度≥99.7％。

优选的，点火所用的点火剂为过氧化钡和铝粉的混合物。过氧化钡纯度为分析纯。使用时该混合物容易被镁带引燃发生反应，作为副反应产生热量引发主反应。点火剂用量对反应的进行影响不大，与现有技术中的用量近似，通常为原料总重的2～5‰，过氧化钡和铝粉的重量比优选为3～4∶1。

本发明的有益效果是：本发明钒铝合金制备方法与现有工艺相比，未添加冷却剂控制热量，其成本更低，完全符合工业大生产的要求，且生产出的钒铝合金中杂质含量低，最终钒铝合金中，V为65～91wt％、Al 9～35wt％、Fe≤0.3wt％、Si≤0.3wt％，Fe、Si含量较低，所得合金纯度更高，满足后序进一步加工的要求。

本发明方法直接在反应炉中进行，采用连续给料方式，即每时每刻都在进料，因为V₂O₅与Al粉反应放出大量的热量，热量过剩，因此以一定的加料速度使反应体系放出的热量和环境吸收的热量达到到一个足以维持反应自发进行且热量又不过剩的平衡点，使给料反应产生的热量与反应装置散失的热量相平衡，避免了生产过程中炉料的喷溅，有利于产率的提高、生产成本降低。并且不需要加入消热剂，可以减少杂质的引入，有利于减少钒铝合金中杂质的含量，生产成本较低。此外由于反应控制的较温和，使产生的副产物气体能够回收处理，有利于环境的清洁，让生产更加环保。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：

实施例1