CN102011004B

CN102011004B - 一种镍基镍硼中间合金及其制备方法

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Publication number: CN102011004B
Application number: CN201010608685XA
Authority: CN
Inventors: 陈道华; 马步洋; 王浩冰; 蔡可金; 贾明; 赵锡群
Original assignee: JIANGSU MEITE LINKE SPECIAL ALLOY CO Ltd
Current assignee: JIANGSU MEITE LINKE SPECIAL ALLOY CO Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: CN102011004A

Abstract

一种镍基镍硼中间合金及其制备方法，属于镍基中间合金技术领域。各组份重量百分数为：Ni：76.87～82.27％，B：13.02～17.55％，其他组分含量：Al：2.98～3.52％，Fe：0.24～0.52％，Si：0.78～0.89％，C：0.041～0.056％，S：0.007～0.008％，P：0.009～0.053％，余量：Mg。采用金属铝和铝镁合金热还原法制备。优点在于，不用金属Ni和金属B，而是直接用镍的氧化物和硼的氧化物作原料，避免了消耗金属镍的敝端，节省了生产金属镍的昂贵费用，并提高了硼的收得率。该方法具有设备简单，工艺短而简单，节约电，生产成本低。

Description

一种镍基镍硼中间合金及其制备方法

技术领域

本发明属于镍基中间合金技术领域，特别是提供了一种镍基镍硼中间合金及其制备方法，采用金属铝、铝镁合金热还原法、制备镍基镍硼中间合金。

技术背景

随着我国冶金工业的蓬勃发展，对钢铁冶金工业的合金剂特种合金的要求越来越高，为了提高特种合金的质量及降低原材料和冶炼工艺的成本。本发明采用金属铝和铝镁合金作还原剂，热还原镍的氧化物和硼的氧化物、来制备特种镍基镍硼中间合金，以满足石油化工、铸币业、大型发电机组及粉末冶金等多个相关领域应用的需要。因为镍硼合金应用于镍基磁性材料，及其它非铁基金属材料的生产，硼元素是最佳添加剂，能赋于金属材料高异磁率，起到提高金属材料的耐磨性和淬透性的作用，镍硼合金在铜及铜合金中可提高铜的耐腐蚀性能和强度，延长其制品的使用寿命。在粉末冶金中，由于能起耐磨作用，用于喷涂、喷焊，广泛作为工件表面修复之用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基镍硼中间合金及其制备方法，解决了成本高、镍回收率低，以及硼粉易烧损，污染大，难于操作的问题。

本发明采用金属铝和铝镁合金热还原法，所需的主要料镍是采用镍的氧化物(NiO)、硼是采用三氧化二硼(B₂O₃)。生产特种镍基镍硼中间合金，不是采用常规的熔融金属镍热兑法来生产镍硼合金，避免了消耗金属镍的敝端，节省了生产金属镍的昂贵费用。采用的金属铝和铝镁合金热还原法具有设备简单，工艺短而简单，节约电源，生产成本低等特点。

本发明的镍硼中间合金各组份重量百分数为：Ni：76.87～82.27％，B：13.02～17.55％，其他组分含量：Al：2.98～3.52％，Fe：0.24～0.52％，Si：0.78～0.89％，C：0.041～0.056％，S：0.007～0.008％，P：0.009～0.053％，余量：Mg。

各原料纯度为：

(1)主原料：镍的氧化物NiO≥98.05％，杂质Si、Al、Zn、P之和＜2.0％。

(2)硼酐B₂O₃≥98.5％，杂质Al₂O₃、Fe₂O₃、Si₂O₃重金属之和≤1.5％。

(3)辅料：铝粒Al≥99.5％，Fe、Si等杂质之和≤0.5％。

(4)铝镁合金：Al：55～65％、Mg：35～45％。

(5)硝酸钠：NaNo₃≥98.5％，NaNo₂、NaCl、Na₂O、S、P等之和≤1.5％。

(6)石灰：CaO≥92％外，SiO₂，C之和≤8.0％％。

(7)萤石：CaF₂≥98％外，杂质SiO₂，MgO、C、S、P之和≤2.0％。

(8)自产炉渣混合物：NiO：1.0～2.0％，B₂O₃：25～30％，MgO：25～27％，A₂O₃41～49％。

本发明的制备方法如下：

(1)、配料备用：各组份按下表称重配料(均为重量百分数)，并混合均匀备用

NiO(％)

B₂O₃(％)

Al粒(％)

Al-Mg(％)

CaO(％)

CaF₂(％)

NaNO₃(％)

炉渣(％)

14～34

28～48

5～15

8～18

3.73～4.23

0.5～1.0

7.77～8.27

余量

(2)作冶炼炉：用镁砂(粒度为1～2mm占80～85％，2～3mm占15～20％)在地坑内作一个砂窝，砂窝上再铺细镁砂(粒度为1～2mm占70％，2～3mm占30％。)压实，然后放上炉筒，炉筒上加罩筒，罩筒上接烟罩，炉筒和罩筒内砌镁砖，制成冶炼炉；并在300～400℃烘冶炼炉7～8小时。

(3)将步骤(1)配的料准确称量，并混合均匀，加入到冶炼炉中，并捣实，然后在料的上面放入点火剂(点火剂：镁屑40％、铝粉30％，NaNO₃30％，混合组成)，10％的镁屑盖在点火剂上以便触到火源。用电子点火，引发炉料反应(称上部点火)。

(4)炉料点火后进入反应状态，并逐步加强反应，主反应期间反应迅速而激烈明火上窜火苗高度达0.95～1.2米。火苗由大变小，直到熄火，主反应结束，时间为1.0～2.0分钟。熔融的渣和合金开始静置，合金沉淀，渣上浮，达到渣铁分离。

(5)自然冷却12～15小时；

(6)清理精整：将合金表面浮渣及底部渣与合金分离开，并打磨：

(7)将完整的合金锭破碎；此时可看出破碎的合金，断面呈结晶态，具有金属光泽，将合金锭破碎到所需的块度，然后装桶入库。

所述的炉料准确称量是指称量各种原料的准确度为100％±0.01％。

本发明生产的镍硼中间合金的镍含量为76.87～82.27％，硼含量13.02～17.55％，其他组分含量：Al：2.98～3.52％，Fe：0.24～0.52％，Si：0.78～0.89％，C：0.041～0.056％，S：0.007～0.008％，P：0.009～0.053％，余量：Mg。镍硼中间合金的熔点1378℃～1395℃，比重6.79～7.18g/cm³。镍的回收率为95.78～97.06％，硼的回收率为37.29～39.99％。

具体实施方式

以下是本发明试生产的实施例：

(1)50kg级 (2)80kg级 (3)100kg级

以上发明所试生产的特种镍基镍硼中间合金成分、物理性能，经非晶母合金和粉末冶金的试用，已取得了较好的结果。本发明所制备的特种镍基镍硼中间合金制造方法的特点是，采用金属铝和铝镁合金热还原镍和硼的氧化物不需高耗电、主原料采用氧化物，避免用高耗能的金属镍作原料，节约了能源，该制备方法工艺简单，投资少设备简单，冶炼周期短，且灵活，不受产量的限制。以下是具体的实施例：

实施例1：产品量为50公斤级。

(1)冶炼镍基镍硼中间合金所用的原材料检测：

a、氧化亚镍：NiO 99.57％，Si 0.17％，Al 0.26％。

b、硼酐：含B₂O₃98.5％，硫酸盐0.02％，重金属0.005％，硅及碱金属0.10％。

c、铝粒：Al 98.74％，Fe 0.34％，Si 0.4％，Cu≤0.01％，P＜0.028％。

d、铝镁合金：含Al 63.43％，Mg 36.57％。

e、石灰：CaO含量90％，萤石：CaFi 95％，SiO₂3.0％。

f、硝酸钠：含NaNO₃98.5％。

g、自产炉渣混合物。

(2)配料预设：

a、炼制产品：含Ni 79％，B含量20％，余量为杂质。

b、石灰的配入量为硼酐总量的10～12％。

c、还原剂的配入量为理论用量过量2％，铝镁合金为还原剂总用量的27％。

d、单位炉料热量730千卡/kg炉料。

e、萤石的配入量为硼酐总量的2％。

f、炉渣的配入量为预设产品量的10％。

(3)根据配料设置，进行精确的配料计算。

(4)按计算结果，将各种原材料的量进行准确的称重，配料，将配好的炉料充分混合均匀待用。

(5)冶炼操作：

a、用镁砂在地坑内作一个砂窝，在砂窝内再铺上3mm以下的一层细镁砂、并压实，然后放上冶炼炉筒，砌炉、烘炉350℃烘7.5小时。

b、将通过配料计算所得出的主辅原材料的重量，氧化亚镍(NiO)、硼酐(B₂O₃)、还原剂铝粒、铝镁合金、发热剂NaNO₃、造渣剂石灰(CaO)、萤石(CaF₂)和返料(炉渣)准确称重，配料，然后将炉料充分混合均匀(需要时进行烘烤)。

c、将烘烤好的混合炉料加入到冶炼炉中，并将炉料压实，再在炉料的上面放入点火剂(镁屑、铝粉和硝酸钠混合物)，用电子点火，引发炉料反应(称为上部点火)。

d、炉料点火后迅速进入反应状态，并逐步加强反应，主反应期间反应迅速而激烈，冶炼炉内释放出大量的白色浓烟，并有少量火星溅出，反应末期收尾明快，整个过程用时约1分钟。

e、炉内的熔融合金静置自然冷却12小时后清理精整。

f、清理精整：将合金锭的表面浮渣及合金锭底部渣清理干净，并打磨。

g、将清理干净的合金锭进行破碎，此时可看出合金锭的断面呈结晶态，具有金属光泽。将合金锭破碎到所需的尺寸，然后装桶入库。

以上镍基镍硼中间合金的溶点：1380℃，比重：7.08g/cm²，可用于非铁基金属材料，镍基磁性材料的生产作为硼元素的最佳添加剂能赋于金属材料高导磁率，起到提高金属的耐磨性和淬透性的作用。镍硼合金加入铜及铜合金中提高铜的耐腐蚀性和强度，延长其制品的使用寿命。并用于石油化工、铸币业及大型发电机组以及粉末冶金喷涂，喷焊表面修复等用。

实施例2，产品量为80公斤级

(1)冶炼镍基镍硼中间合金所用的主辅原材料检测：

a、主原料氧化亚镍NiO 99.57％，Si 0.17％，Al 0.26％。

b、主原料硼酐：含B₂O₃98.5％，硫酸盐0.02％，重金属0.005％，硅及碱金属0.10％。

c、还原剂铝粒：Al 98.74％，Fe 0.34％，Si 0.4％，Cu≤0.01％，P＜0.028％。

d、还原剂、铝镁合金：含Al 63.43％，Mg 36.57％。

e、造渣剂石灰：CaO含量90％，萤石：CaF₂95％，SiO₂3.0％。

f、硝酸钠：NaNO₃98.5％。

g、自产炉渣混合物。

(2)配料预设：

a、炼制产品镍基镍硼中间合金：含Ni 79.5％，B18％，余量为杂质。

b、氧化钙配入量为硼酐总量的13％。

c、反应还原剂理论用量过量1.5％，镁铝合金配入量为还原剂总量的27％。

d、单位炉料热量为730千卡/kg炉料。

e、预配入炉渣混合物为预设产品量的12.5％。

(3)根据配料设置，进行精确的计算。

(4)按计算结果，将各种原辅材料进行准确的称重、配料，将配好的炉料充分混合均匀待用。

(5)冶炼操作：

a、在地玩内用粗镁砂作一个砂窝，在砂窝内铺上一层细镁砂(3mm以下)压实，然后放上冶炼炉筒，砌炉，烘炉320℃烘7.9小时。

b、将通过配料计算，所得出的主辅原材料的量氧化亚(NiO)，硼酐(B₂O₃)，还原剂铝粒、铝镁合金粉，发热剂NaNO₃、造渣剂石灰(CaO)、萤石(CaF₂)和返料(炉渣)准确称重，配料，然后将配好的炉料充分混合均匀，需要时进行烘烤。

c、将烘烤好的混合炉料加入到冶炼炉中并将炉料压实，再在炉料的上表面放入点火剂(镁屑，铝粉和硝酸钠的混合物)用电子点火，引发炉料反应(称上部点火)。

d、炉料点火后，迅速进入反应状态，并逐步加强反应，主反应期间反应迅速而激烈，冶炼炉内释放出大量的白色浓烟，并有少量火星溅出，反应末期收尾明快，整个过程用时约1.2分钟。

e、炉内熔融状态的炉料，静置、自然冷却12小时后清理精整。

f、清理精整：将合金锭的表面浮渣和底部渣清理干净，并打磨。

g、将清理后的合金锭进行破碎，此时可看出合金锭的断面呈结晶态，具有金属光泽。将合金锭破碎到所需的尺寸，然后装入包装桶入库。

以上镍基镍硼合金的溶点：1390℃，比重：7.08g/cm²，可用于非铁基金属材料，镍基磁性材料的生产作为硼元素的最佳添加剂能赋于金属材料高导磁率，起到提高金属的耐磨性和淬透性的作用。镍硼合金加入铜及铜合金中提高铜的耐腐蚀性和强度，延长其制品的使用寿命。并用于石油化工、铸币业及大型发电机组以及粉末冶金喷涂，喷焊表面修复等用。

实施例3，产品量为100公斤级

(1)冶炼镍基镍硼中间合金所用的主辅原材料检测：

a、主原料氧化亚镍NiO 99.57％，Si 0.17％，Al 0.26％。

d、还原剂、铝镁合金：含Al 63.43％，Mg 36.57％。

e、石灰：CaO含量90％，萤石：CaF₂95％，SiO₂3.0％。

f、硝酸钠：NaNO₃98.5％。

g、自产炉渣混合物。

(2)配料预设：

a、炼制产品：含Ni 80％，B18％，2％为杂质含量。

b、石灰：CaO的配入量为硼酐总量的13％。

c、反应还原剂为总理论用量，镁铝合金按总铝量的27％配入。

d、单位炉料热量为740千卡/kg炉料。

e、预配入炉渣混合物为15kg/炉(产量的15％)。

(3)根据配料设置，进行精确的计算。

(4)按计算结果，各种主辅原材料的量进行准确的称重、配料，将配好的炉料充分混合物均匀待用。

(5)冶炼操作：

a、作砂窝：在地玩内用粗镁砂作一个砂窝，在砂窝内再铺上一层粒度小于3mm的细镁砂并压实。然后放上冶炼炉筒，砌炉，烘炉380℃烘7.3小时。

b、将通过配料计算所得出的主辅原材料的用量氧化亚(NiO)，硼酐(B₂O₃)，还原剂铝粒、铝镁合金粉，发热剂NaNO₃、造渣剂石灰(CaO)和返料(炉渣混合物)准确称重，配料，然后将配好的炉料充分混合均匀，需要时进行烘烤。

c、将烘烤好的混合炉料加入到冶炼炉内，并将炉料压实，再在炉料的上面放入点火剂(镁屑，铝粉和硝酸钠的混合物)用电子点火，引发炉料反应(称上部点火)。

d、炉料点火后迅速进入反应状态，并逐步加强反应，主反应期间反应迅速而激烈，冶炼炉内释放出大量的白色浓烟，并有少量火星溅出，反应末期收尾明快，整个过程用时约1.5分钟，静置。

e、自然冷却13小时后，清理精整。

f、清理精整：将合金锭的表面浮渣及底部渣清理干净，并打磨。

g、将清理干净的合金锭进行破碎，可看出合金锭的断面呈结晶态，具有金属光泽。将合金锭破碎到所需的尺寸，然后装入包装桶入库。合金的冶炼及化学成份如下：

该镍硼合金的溶点：1378℃，比重：7.11g/cm³，可以用于非铁基金属材料，镍基磁性材料的生产作为硼元素的最佳添加剂能赋于金属材料高导磁率，起到提高金属的耐磨性和淬透性的作用。镍硼合金加入铜及铜合金中提高铜的耐腐蚀性和强度，延长其制品的使用寿命。并用于石油化工、铸币业及大型发电机组以及粉末冶金喷涂，喷焊表面修复等用。

Claims

1.一种镍基镍硼中间合金，其特征在于，各组份重量百分数为：Ni：76.87～82.27％，B：13.02～17.55％，其他组分含量：Al：2.98～3.52％，Fe：0.24～0.52％，Si：0.78～0.89％，C：0.041～0.056％，S：0.007～0.008％，P：0.009～0.053％，余量：Mg。

2.如权利要求1所述的镍基镍硼中间合金，其特征在于，各原料纯度为：

(1)主原料：镍的氧化物NiO ≥98.05％，杂质Si、Al、Zn、P之和＜2.0％；

(2)硼酐B₂O₃≥98.5％，杂质Al₂O₃、Fe₂O₃、Si₂O₃重金属之和≤1.5％；

(3)辅料：铝粒Al ≥99.5％，Fe、Si杂质之和≤0.5％；

(4)铝镁合金：Al：55～65％、Mg：35～45％；

(5)硝酸钠：NaN0₃≥98.5％，NaN0₂、NaCl、Na₂O、S、P之和≤1.5％；

(6)石灰：CaO ≥92％外，SiO₂，C之和≤8.0％；

(7)萤石：CaF₂≥98％外，杂质SiO₂，MgO、C、S、P之和≤2.0％；

3.一种权利要求1或2所述镍基镍硼中间合金的制备方法，其特征在于，工艺如下：

(1)、配料备用：各组份重量百分数为：NiO：14～34，B₂O₃：28～48，Al粒：5～15，Al-Mg：8～18，CaO：3.73～4.23，CaF₂：0.5～1.0，NaNO₃：7.77～8.27，炉渣：余量；并混合均匀备用

(2)作冶炼炉：用镁砂在地坑内作一个砂窝，砂窝上再铺细镁砂，压实，然后放上炉筒，炉筒上加罩筒，罩筒上加烟罩，炉筒和罩筒内砌镁砖，制成冶炼炉；并在300～400℃烘冶炼炉7～8小时；

(3)将步骤(1)配的料准确称量，并混合均匀，加入到冶炼炉中，并捣实，然后在料的上面放入点火剂，10％的镁屑盖在点火剂上以便触到火源；

(4)炉料点火后进入反应状态，并逐步加强反应，主反应期间反应明火上窜火苗高度达0.95～1.2米；火苗由大变小，直到熄火，主反应结束，时间为1.0～2.0分钟；熔融的渣和合金开始静置，合金沉淀，渣上浮，达到渣铁分离；

(5)自然冷却12～15小时；

(6)清理精整：将合金表面浮渣及底部渣与合金分离开，并打磨；

(7)将完整的合金锭破碎：将合金锭破碎到所需的块度，然后装桶入库。

4.如权利要求书3所述镍基镍硼中间合金的制备方法，其特征在于，所述镁砂粒度为1～2mm占80～85％，2～3mm占15～20％。

5.如权利要求书3所述镍基镍硼中间合金的制备方法，其特征在于，所述的细镁砂粒度为1～2mm占70％，2～3mm占30％。

6.如权利要求书3所述镍基镍硼中间合金的制备方法，其特征在于，所述的点火剂由镁屑40％、铝粉30％，NaNO₃30％混合组成。

7.如权利要求书3所述镍基镍硼中间合金的制备方法，其特征在于，所述的料准确称量是指称量各种原料的准确为100％±0.01％。