CN101481759A - 一种制备含钌耐蚀钛合金的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备含钌耐蚀钛合金的方法，涉及钌元素在钛锭冶炼中的添加方法，用于核电、冶金、石油化工等领域用钛及钛合金的制备过程。采用海绵钛、中间合金原料压制电极，真空电弧熔炼的方法制备，其特征在于合金成份钌的加入是在压制电极时以钌粉的形式加入。本发明不改变原钛及钛合金生产工艺，仅需在电极压制工序添加一定量的钌粉即可生产含钌钛合金的新冶炼工艺，生产的钛锭钌元素分布均匀，无夹杂等冶金缺陷。本发明具有操作简便、成本低廉和成分控制准确、稳定等显著优点，解决了钌元素在钛锭冶炼中的添加问题，生产的含钌钛合金材不影响其常规性能的前提下，提高了钛材料的耐蚀性，可以满足工业领域钛材的使用需要。

Description

一种制备含钌耐蚀钛合金的方法

技术领域

本发明涉及一种制备含钌耐蚀钛合金的方法。

背景技术

由于具有优异的耐蚀性，钛的应用不断扩大，已成为日益重要的工程耐蚀金属，广泛应用于石油炼制、海水淡化、冶金工程、制盐等领域。主要的耐蚀钛合金有钛钯合金、钛钼镍合金和钛钼合金等，其中钛钯合金是工业上使用的耐缝隙腐蚀较好的一种钛合金。钛钯合金属α合金，其工艺性能及力学性能与纯钛相似，焊缝与母材有相同的耐蚀性，它广泛用于氯饱和的盐水、潮湿的卤素、酸性氯化物溶液、热还原性的稀有机酸和无机酸等环境中。但由于其成本比较高，其应用还是受到一些限制。

近年来，随着研究的不断深入和应用，含钌耐蚀合金以其较低的成本和良好的耐蚀性越来越受到重视，应用范围不断扩大。钛中添加钌与添加钯或其它铂族金属的钝化机理非常相似，钌与钯在α-Ti中溶解度都很小，添加钌形成了弥散的Ti-Ru析出物。当钛钌合金暴露于还原性酸中时，这些析出物和选择性溶解产生的富钌表面充当了阴极，其氢过电位低，加速氢离子(H₃O⁺)的还原。这种氢离子还原反应或阴极改性现象的去极化作用，使合金的腐蚀电位向惰性(正的)方向移动，在此，保护性的TiO₂膜很稳定，能够达到完全钝态。目前，这已成为改善钛合金腐蚀性能的有效技术，已研究出并工业化应用的含钌合金有Ti-0.1Ru、Ti-3Al-2.5V-0.1Ru和Ti-6Al-4V-0.1Ru等牌号。

从合金组分成本看，钌是贵金属中最廉价的添加剂，钌粉的价格仅为钯粉的1/4～1/5，而从腐蚀速度看，添加0.1wt％Ru的Ti-Ru合金与添加0.05wt％Pd的Ti-Pd合金相当，但Ti-0.1Ru合金的成本比Ti-0.05Pd的降低17％左右，比Ti-0.15Pd的低40％。以钌取代钯，性能不变，合金的成本却大大降低了，在相同的耐蚀条件下，含钌耐蚀合金具有较强的低成本优势，应用前景良好。

通常，为了保证钛及钛合金冶金质量，防止偏析和夹杂冶金缺陷，钛及钛合金中的合金元素基本是以中间合金形式添加，尤其是比基体钛熔点较高的元素。含钌合金常规冶炼工艺是采用海绵钛和含钌中间合金(Ti-Ru等)制备而成，其生产步骤包括含钌中间合金铸锭熔炼、车屑、破碎、挑选、筛选等工序制备中间合金，使用海绵钛及中间合金压制电极块，将电极块焊接成熔炼用电极，真空电弧炉熔炼成铸锭等过程，该工艺存在工序多、周期长、成本偏高等问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的不足，提供一种能准确控制钛合金中难熔钌元素的含量和均匀度，生产无偏析和夹杂冶金缺陷的具有良好耐蚀性的制备含钌耐蚀钛合金的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种制备含钌耐蚀钛合金的方法，采用海绵钛、中间合金原料压制电极，真空电弧熔炼的方法制备，其特征在于合金成份钌的加入是在压制电极时以钌粉的形式加入。

本发明的一种制备含钌耐蚀钛合金的方法，其特征在于所述的钌粉按合金所需要的钌元素含量配入，钌粉的粒度≤0.5mm。

本发明的制备方法中，未使用含钌中间合金，而是添加纯钌粉，按合金所需要的钌元素含量配入钌粉，其粒度≤0.5mm。本发明不改变原钛及钛合金生产工艺，仅需在电极压制工序添加一定量的钌粉即可生产含钌钛合金，解决了钌元素在钛合金冶炼中的添加问题。其特征在于钛及钛合金冶炼中添加钌粉，控制含钌耐蚀钛合金中钌元素的含量以满足相应标准要求。

本发明是在钛及钛合金中添加少量钌粉，因钌的化学性质稳定，与钛相比属高熔点、高密度物质，其熔点高达2310℃，密度12.2g/cm³，若控制不当极易产生夹杂冶金缺陷，严重影响钛材应用。本发明采用控制钌粉粒度、电极中钌粉分布均匀度和损失量等措施，可有效防止夹杂缺陷。实际生产中应根据标准要求的不同合理控制钛中钌元素的配料成分，以满足标准要求。

本发明的方法，从控制钛及钛合金材的钌含量入手，钛及钛合金锭生产过程中添加钌粉，通过控制其加入量以控制钛及钛合金的钌含量，生产的钛锭钌元素分布均匀，无夹杂等冶金缺陷，满足相应标准要求。本发明具有操作简便、成本低廉和成分控制准确、稳定等显著优点，解决了钌元素在钛锭冶炼中的添加问题，生产的含钌钛合金材不影响其常规性能的前提下，提高了钛材料的耐蚀性，可以满足工业领域钛材的使用需要。

具体实施方式

一种制备含钌耐蚀钛合金的方法，在钛锭冶炼中添加钌粉，通过控制其加入量以控制钛及钛合金中钌元素含量。

一种制备含钌耐蚀钛合金的方法，按下述步骤进行：

a)原料准备：海绵钛、中间合金、钌粉(粒度≤0.5mm)。

b)准确称取所需重量的海绵钛、中间合金和钌粉。

c)电极制备：钌粉均匀添加在海绵钛中压制成一定规格的电极块。

d)使用等离子弧等焊接方式将电极块焊接成所需规格的钛电极。

e)经至少两次真空电弧炉熔炼成铸锭。

本发明通过在海绵钛中添加一定量的钌粉，解决了钛中钌元素的添加和准确控制难题，使钌元素在钛材中充分均匀化。通过控制钛中钌含量，在不影响其常规性能的前提下，提高了钛材料的耐蚀性，而且消除夹杂等冶金隐患，保证了钛产品质量。

实施例1

准确称取海绵钛100kg，钌粉0.11kg(粒度：-70目)，将钌粉与海绵钛充分混匀后压制成电极块，使用等离子弧等焊接方式将电极块焊接成所需规格的钛电极，再经至少两次真空电弧炉熔炼成铸锭等。经配料、电极压制、电极焊接、熔炼等严格的过程控制，钛锭头部和底部钌含量0.10％、0.105％，铸锭经化学成分分析、表面质量等检验，合格后经锻造、轧制等制得质量优良的TA27(Ti-0.10Ru)钛材，满足工业使用需求。

实施例2

准确称取所需的海绵钛、铝钒中间合金和纯铝共1000kg，配入钌粉1.1kg(粒度：-100目)，其名义化学成分Ti-6Al-4V-0.11Ru(wt％)，按照实施例1的步骤可制得含钌的TC23合金锭，钛锭头部和底部钌含量化学分析结果为：0.10％、0.11％。

Claims (2)

1.一种制备含钌耐蚀钛合金的方法，采用海绵钛、中间合金原料压制电极，真空电弧熔炼的方法制备，其特征在于合金成份钌的加入是在压制电极时以钌粉的形式加入。

2.根据权利要求1所述的一种制备含钌耐蚀钛合金的方法，其特征在于所述的钌粉按合金所需要的钌元素含量配入，钌粉的粒度≤0.5mm。