[发明专利]钛铝硅合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金制备工艺技术领域，尤其涉及一种钛铝硅合金材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，经济的发达，铸造用铝硅合金广泛应用于航空、交通运输、汽车、电力等行业；钛铝硅合金具有比重轻、强度高、耐热性好、抗蠕变能力强、高温力学性能优异和抗氧化等特点，因此钛铝硅基合金成为各国研究的重点及热点。研究表明：钛铝硅合金中含有硅形成三元合金，可以改善钛合金的高温抗氧化性能和机械性能。

以钒钛磁铁矿内配碳（煤）压力成型的球团为原料，采用转底炉煤基直接还原-电炉熔分新流程进行高温快速还原制备金属化球团，再对金属化球团进行熔化分离制得含钒生铁和含二氧化钛40%～60%的熔分钛渣，称此熔分钛渣为50钛渣。由于50钛渣中含有15%～20%的SiO₂，经铝热还原后Si部分进入Ti-Al合金中而形成Ti-Al-Si三元合金。

四川省攀枝花-西昌地区和河北省承德地区钒钛磁铁矿资源量巨大，被称为天量资源，若按全铁TFe≥15%、TiO₂≥5%或V₂O₅≥0.1%测算，攀枝花范围内拥有钒钛磁铁矿资源共计226.83亿吨，其中伴生TiO₂资源量为19.8亿吨，V₂O₅资源量为4463.81万吨；截止至2009年底，攀枝花境内钛保有资源储量(以TiO₂计)4.22亿吨，占全国储量的93%、全球的32%，居世界第一位。

传统的制备钛铝硅合金方法主要是采用纯金属钛作为原料，由于金属钛价格非常昂贵，这就使得制备钛铝硅合金的成本非常高，难以大规模生产。

上述可知，有必要对现有方法进一步完善。

发明内容

本发明是为了解决现有的钛铝硅合金材料原料来源窄、成本高、材料性能差以及制备技术缺乏有效的生产手段且成本高等问题，而提出一种成本低、工艺和设备要求简单、原料来源广且生产成本低的钛铝硅合金材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的钛铝硅合金材料包括以下质量百分比的成分：35%～60%的Ti，25%～50%的Al，5%～15%的Si，5%～10%的O，1.0%以下的Fe，1.0%以下的Mn。

所述钛铝硅合金材料，其中：所述合金材料采用50钛渣、还原剂、造渣剂和发热剂制备，其质量百分比为：48.2%～58.7%的50钛渣，17.8%～24.5%的还原剂，11.5%～12.6%的造渣剂，12.0%～14.7%的发热剂。

所述钛铝硅合金材料，其中：所述造渣剂以石灰为基体与苏打、氧化钡组成的三元复合造渣剂，其质量百分比为：77.0%～83.3%的石灰，12.5%～15.4%的苏打和4.16%～7.70%的氧化钡；所述发热剂主要由氯酸钾、过氧化钡、氯酸钠中的一种或几种混合而成。

所述钛铝硅合金材料，其中：所述50钛渣的成分为40%～60%的TiO₂，10%～20%的SiO₂，5%～10%的MgO，10%～15%的Al₂O₃，10%～15%的CaO，1%～3%的FeO，1%～3%的MnO，粒度40目～100目；所述造渣剂中石灰的成分质量百分比为97%～99%的的CaO，1%～3%的SiO₂，粒度为40目～80目；所述还原剂采用铝粉，其成分质量百分比为：96%～99%的Al，0.5%～3.0%的Si，0.2%～1.5%的Fe，粒度为40目～100目；所述发热剂采用有效成分为97%～99.5%的氯酸钾，粒度为60～100目。

实施所述钛铝硅合金材料的制备方法，步骤如下：破碎：将50钛渣磨碎至粒度为40目～100目；预热：将破碎后的50钛渣与造渣剂一起放入烘箱里100℃～300℃加热3～5小时，以除去其中的水分及有机杂质；配料与混合：将预热后得到的物料与还原剂和发热剂等主要原料按一定比例配料并混合均匀后放入冶炼炉内；冶炼：将配料与混合好后的物料在所述冶炼炉内并通过点火设备点燃点火剂，进行冶炼，冶炼结束后再进行冷却、起锭，除去合金表面的炉渣，即可得到钛铝硅合金。

所述钛铝硅合金材料的制备方法，其中：所述50钛渣是采用球磨机磨碎。

所述钛铝硅合金材料的制备方法，其中：所述点火设备为调压器，其采用电点火方式点燃所述点火剂；所述点火剂采用过氧化钡和铝粉的混合物，所述过氧化钡和铝粉的质量比为1.5:1～2:1。