[发明专利]一种铝锆中间合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种铝锆中间合金的制备方法。该制备方法包括以下步骤：(1)以氧化锆为原料，采用铝粉、铝钙合金粉或铝镁合金粉为还原剂，氯酸钾为氧化剂，氧化钙和氟化钙为造渣剂，将氧化锆、还原剂、氯酸钾、氧化钙和氟化钙按一定比例混合均匀，装入坩埚，压实；(2)用镁屑或镁粉在炉料上部引燃，反应自发进行至反应结束，破碎分离即可得到铝锆中间合金。本发明制备的铝锆中间合金主要成分为Al₃Zr，锆含量高达45～55wt％，Al+Zr≥99wt％。本发明制备过程无污染，成本低，生产效率高，工艺简单易行无设备限制，且产品成分稳定。

技术领域

本发明涉及一种铝锆中间合金的制备方法，属于合金制备技术领域。

背景技术

铝锆合金具有高强度、高塑性以及良好的韧性和耐蚀性等优异性能，而被广泛应用于航空航天、电力及舰船等领域。常用的铝锆合金的制备方法有机械合金化法、对掺法、燃烧合成法和熔盐电解法。

机械合金化法是以锆粉和铝粉为原料，在高能球磨机中长时间球磨，通过原子间的扩散和固态化学反应等物理化学过程形成铝锆合金粉。该法以价格昂贵的金属锆作为原料，导致成本很高，且产品为粉体，需经过再次处理才能实际应用。

对掺法也叫熔配法，是将海绵锆和铝在电炉中熔化后，按一定比例配制成中间合金，再将中间合金与铝配制成所需成分的铝锆合金。由于锆的熔点较高，重熔会增加能耗和成本。

燃烧合成法：将Zr粉、Al粉压块，加热点燃使其发生自蔓延反应生成铝锆合金。此方法生产效率较高，但采用Zr粉为原料成本高，且反应过程中Zr粉易吸氧。

熔盐电解法：将二氧化锆、铝粉、锆氟酸钾、冰晶石电炉加热至熔融状态下反应生成铝锆合金，此方法成本较低但反应产生的盐类副产物难以彻底去除，且成品率相对较低。

专利文献CN1514044A公开了一种电解生产铝锆合金的方法，该方法以铝和锆的氧化物为原料，在冰晶石体系中进行电解析出后直接化形成铝锆合金。得到合金中锆的含量为0.8-3wt％，Al+Zr≥98.5wt％。专利文献CN105274372A公开了一种铝锆合金的制备方法，该方法以铝钙合金为复合还原剂，二氧化锆为原料，冰晶石、六氟锆酸钾和氯化钠为覆盖剂，还原后得到合金中锆的含量为4-7wt％，Al+Zr≥99wt％。

上述铝锆合金制备工艺均在炉内进行，能耗较高且所得合金中锆的含量较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝锆中间合金的制备方法，该方法为炉外铝热还原方法，能耗低，能够得到锆含量达45～55wt％的铝锆中间合金。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝锆中间合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)以氧化锆为原料，采用铝粉、铝钙合金粉或铝镁合金粉为还原剂，氯酸钾为氧化剂，氧化钙和氟化钙为造渣剂，将氧化锆、还原剂、氯酸钾、氧化钙和氟化钙按一定比例混合均匀，装入坩埚，压实；

(2)用镁屑或镁粉在炉料上部引燃，反应自发进行至反应结束，破碎分离即可得到铝锆中间合金。

在本发明中，所述氧化剂氯酸钾能够与还原剂铝粉、铝钙合金粉或铝镁合金粉反应放热，为反应产物熔化提供充足的热量。优选地，所述步骤(2)中单位炉料发热量为2800～3800kJ/kg。

在本发明中，还原剂一方面要完全还原氧化锆，另一方面要与氧化剂反应放热为体系提供足够的热量，氧化钙和氟化钙的加入量以Al₂O₃-CaO相图和Al₂O₃-CaF₂相图为依据。优选地，所述步骤(1)中各原料组分质量配比为：氧化锆∶铝粉∶氧化剂∶氧化钙∶氟化钙＝80～110∶100～150∶60～80∶30～60∶10～25。