CN104099643A

CN104099643A - 钛铝合金的制备方法

Info

Publication number: CN104099643A
Application number: CN201410364760.0A
Authority: CN
Inventors: 闫蓓蕾; 何安西; 穆天柱; 穆宏波; 邓斌; 赵三超; 陈兵; 朱福兴; 彭卫星
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2014-10-15

Abstract

本发明涉及钛铝合金的制备方法，属于合金领域。本发明要解决的技术问题是提供一种钛铝合金的制备方法。本发明钛铝合金的制备方法，以钛为阳极，液态铝为阴极，在熔盐电解液中进行电解，制备得到钛铝合金；其中，熔盐电解液由主体熔盐NaCl-KCl和可溶性钛盐组成；熔盐电解液中按质量比，NaCl-KCl:可溶性钛盐＝100:1～10，可溶性钛盐重量以其中钛的质量计。本发明钛铝合金的制备方法采用液态铝做阴极，在熔融状态下合金化，合金化的钛铝合金沉在坩埚底部，易于分离；得到的钛铝合金产品为海绵状，易于清洗，杂质含量少，便于下一步加工。

Description

钛铝合金的制备方法

技术领域

本发明涉及钛铝合金的制备方法，属于合金领域。

背景技术

钛合金密度低，比强度高，耐腐蚀性、高温下抗蠕变性能和焊接性能良好，且生物相容性优异，被广泛用于航空航天、航海、化工、发电、汽车、体育休闲、医疗等领域。

采用熔盐电解法制取钛铝合金已有下述几种：

1、以废钛Ti6Al4V为可溶阳极，在碱金属氧化物盐系中进行电解制取(高玉璞、郭乃名，稀有金属，1997)，单用次方法生产的钛铝合金粉中除含铝量很低以外，最主要的缺点是：不同粒度含铝量不同，颗粒越小，韩亮亮越高，且随阳极回收率增加，含铝量增加，造成合金粉中含铝量不稳定，又由于铝细化晶粒，造成颗粒过细，含氧量不合格，不能满足制造结构件的要求。

2、以废钛和铝的机械混合物作为可溶阳极，电解质组成为NaCl-KCl-MgCl₂，其中含有1.0-1.5％的可溶钛盐，进行电解制取钛铝合金粉，采用此法生产处的钛铝合金粉，除含铝量可做得较高外，同样具有以上各项缺点。这是由于钛、铝虽是机械混合物作为阳极，但在电解温度下，实际上已完全合金化，生成了钛铝合金，所以不可避免要产生与使用钛合金完全相同的情况。

3、以废钛、铝为可溶阳极，在NaCl-KCl为主体含有可溶钛盐的熔盐体系中电解制取钛铝合金粉末，具体为采用钛、铝单金属分隔可溶阳极。然而此方法采取钛、铝分别精炼再合金的方法制得的金属粉末，合金化不完全，以粉末为形态的阴极产物不好分离，易存留于熔盐中，产品的夹盐率极高。

因此，寻找一种合金化完全，取易于取出的制备钛铝合金的方法，显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钛铝合金的制备方法。

本发明钛铝合金的制备方法，以钛为阳极，液态铝为阴极，在熔盐电解液中进行电解，制备得到钛铝合金；其中，熔盐电解液由主体熔盐NaCl-KCl和可溶性钛盐组成；熔盐电解液中按质量比，NaCl-KCl:可溶性钛盐＝100:1～10，可溶性钛盐重量以其中钛的质量计。

进一步的，作为优选方案，熔盐电解液中按质量比，NaCl-KCl:可溶性钛盐＝100:1～5。

其中，NaCl-KCl中，按重量比，NaCl:KCl＝70～90：100～120；优选为NaCl:KCl＝75～85：100～105。

优选地，所述可溶性钛盐为TiCl_X和钛酸盐中的至少一种；其中，2≤X≤4，钛酸盐为钛酸钙、钛酸铁和氟钛酸钠中的至少一种。

进一步的，作为优选方案，所述阳极钛为废钛或海绵钛。

进一步的，电解温度优选为700～800℃；更优选750℃；电解电流优选为2～10A/cm³；更优选为5～10A/cm³。

进一步的，作为优选方案，上述步骤完成后，还对得到的钛铝合金进行浸泡、洗涤、干燥。

其中，浸泡采用浓度为0.01～0.05％v/v的盐酸；洗涤采用50～80％v/v酒精；干燥采用真空烘干。

本发明有益效果：

1、本发明钛铝合金的制备方法采用液态铝做阴极，在熔融状态下合金化，合金化的钛铝合金沉在坩埚底部，易于分离。对于熔盐电解工艺生产工艺，产品的分离以及后处理，较为繁琐，此工艺解决了这一问题。

2、现有电解制备钛铝合金工艺的产品多为粉末状，杂质含量高，本发明钛铝合金的制备方法以熔融态合金化，产品为海绵状，易于清洗，杂质含量少，便于下一步加工。

具体实施方式

本发明钛铝合金的制备方法，以钛为阳极，液态铝为阴极，在熔盐电解液中进行电解，制备得到钛铝合金。

其中，为了使熔盐中的钛离子，具有反应的浓度差推动力，熔盐电解液由主体熔盐NaCl-KCl和可溶性钛盐组成；按质量比，NaCl-KCl:可溶性钛盐＝100:1～10；优选为NaCl-KCl:可溶性钛盐＝100:1～5；可溶性钛盐重量以其中钛的质量计。

进一步的，作为优选方案，所述可溶性钛盐为TiCl_X和钛酸盐中的至少一种，2≤X≤4，钛酸盐为钛酸钙、钛酸铁和氟钛酸钠中的至少一种。

进一步的，为了节约成本，所述阳极钛优选为废钛或海绵钛。

进一步的，钛和铝的用量根据目标合金来确定，例如制备TiAl₃合金时，加入的钛、铝质量比为1:3。

进一步的，电解温度为700～800℃，优选为750℃；电解电流为2～10A/cm³，优选为5～10A/cm³。

进一步的，为了清洁钛铝合金，作为优选方案，还对得到的钛铝合金进行浸泡、洗涤、干燥。作为更优选方案，浸泡采用浓度为0.01～0.05％v/v的盐酸；洗涤采用50～80％v/v酒精；并采用真空烘干，以得到纯净的钛铝合金。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

取80g铝块放置于石墨坩埚底部，作为液态阴极。将石墨坩埚置于绝缘的氧化铝坩埚内，再放置于不锈钢反应器中，以石墨坩埚为阴极。在石墨坩埚再放置制备好的NaCl-KCl(添加3％TiCl₂)作为整个反应的熔盐体系，其中，按重量比，NaCl:KCl＝78:100。取50g废钛板(实际反应为20g)为可溶阳极进行电解。

750℃下，石墨坩埚底部的铝已经成为液态熔融，通入3A的电流，阳极溶解下来的钛离子与阴极铝形成合金TiAl₃。反应完成后将整个坩埚用0.5％的稀HCl浸泡去除熔盐，取出的产品再经过50％酒精洗涤，真空烘干便可得到钛铝合金粉末115g。

经测定，钛铝合金得率为90％，所得钛铝合金中铝含量为50％，杂质氧含量为<0.05％，杂质氮含量为0.07％，杂质Cl含量为0.05％，Fe含量0.01％。

实施例2

取125g铝块放置于石墨坩埚底部，作为液态阴极。将石墨坩埚置于绝缘的氧化铝坩埚内，再放置于不锈钢反应器中，以石墨坩埚为阴极。在石墨坩埚再放置制备好的NaCl-KCl(添加5％氟钛酸钠)作为整个反应的熔盐体系，其中，按重量比，NaCl:KCl＝70:100。取70g海绵钛为可溶阳极进行电解。

730℃下，石墨坩埚底部的铝已经成为液态熔融，通入5A的电流，阳极溶解下来的钛离子与阴极铝形成合金TiAl₃。反应完成后将整个坩埚用0.5％的稀HCl浸泡去除熔盐，取出的产品再经过50％酒精洗涤，真空烘干便可得到钛铝合金粉末178g。

经测定，钛铝合金得率为91.8％，所得钛铝合金中铝含量为55％，杂质氧含量为0.04％，杂质氮含量为0.05％，杂质Cl含量为0.06％，Fe含量0.01％。

实施例3

取170g铝块放置于石墨坩埚底部，作为液态阴极。将石墨坩埚置于绝缘的氧化铝坩埚内，再放置于不锈钢反应器中，以石墨坩埚为阴极。在石墨坩埚再放置制备好的NaCl-KCl(添加6％钛酸钙)作为整个反应的熔盐体系，其中，按重量比，NaCl:KCl＝80:115。取100g海绵钛为可溶阳极进行电解。

780℃下，石墨坩埚底部的铝已经成为液态熔融，通入10A的电流，阳极溶解下来的钛离子与阴极铝形成合金TiAl₃。反应完成后将整个坩埚用0.5％的稀HCl浸泡去除熔盐，取出的产品再经过50％酒精洗涤，真空烘干便可得到钛铝合金粉末245g。

经测定，钛铝合金得率为94％，所得钛铝合金中铝含量为56％，杂质氧含量为0.06％，杂质氮含量为0.04％，杂质Cl含量为0.04％，Fe含量0.01％。

Claims

1.钛铝合金的制备方法，其特征在于：以钛为阳极，液态铝为阴极，在熔盐电解液中进行电解，制备得到钛铝合金；其中，熔盐电解液由主体熔盐NaCl-KCl和可溶性钛盐组成；熔盐电解液中按质量比，NaCl-KCl:可溶性钛盐＝100:1～10，可溶性钛盐重量以其中钛的质量计。

2.根据权利要求1所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：熔盐电解液中按质量比，NaCl-KCl:可溶性钛盐＝100:1～5。

3.根据权利要求1所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：所述主体熔盐NaCl-KCl中，按质量比，NaCl:KCl＝70～90：100～120。

4.根据权利要求3所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：所述主体熔盐NaCl-KCl中，按质量比，优选为NaCl:KCl＝75～85：100～105。

5.根据权利要求1所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：所述可溶性钛盐为TiCl_X和钛酸盐中的至少一种；其中，2≤X≤4，钛酸盐为钛酸钙、钛酸铁和氟钛酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：所述阳极钛为废钛或海绵钛。

7.根据权利要求1～6任一项所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：电解温度为700～800℃；电解电流为2～10A/cm³。

8.根据权利要求7所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：电解温度为750℃；电解电流为5～10A/cm³。

9.根据权利要求1所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：还对得到的钛铝合金进行浸泡、洗涤、干燥。

10.根据权利要求9所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于：浸泡采用浓度为0.01～0.05％v/v的盐酸；洗涤采用50～80％v/v酒精；干燥采用真空烘干。