CN105385866A - 一种铌铝合金的制备方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种铌铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将五氧化二铌与铝及少量的助熔剂和除渣剂混合形成混合物料；将剩余铝进行熔炼形成铝液；将所述混合物料加入到铝液中，通过铝热还原反应生成铌均匀的分布在铝液中，并与多余的铝反应生成成分均匀的铌铝合金。本发明制备的铌铝合金中，铌的分布均匀、偏析程度小，铝烧蚀量小，且合金共熔点温度低，成分稳定。

Description

一种铌铝合金的制备方法和系统

技术领域

本发明涉及铌铝合金的制备，尤其涉及一种快速工业化制备铌铝合金的方法和系统，属于有色合金领域。

背景技术

铌铝合金作为制备高铌钛铝合金的添加剂，具有高熔点、低密度等特点，能够有效地降低在制备高铌钛铝过程中合金的偏析，被广泛应用于航空航天工业领域。

目前，我国高铌钛铝的制备技术已经达到国际领先水平。陈国良等对Ti-Al-Nb系进行了大量研究之后发现，通过加入高含量难熔金属铌元素可以使合金的熔点较普通钛铝合金提高约60-100℃，铌元素的固溶强化，使其900℃的屈服强度较普通钛铝合金提高了150-200MPa。高铌的加入在带来优越的高温性能的同时，也增加了高铌钛铝合金的制备难度。高铌钛铝合金熔点、高温强度的大幅提高必然要提高合金的熔炼温度和热加工温度，加大其制备成本和铌的偏析。因此，通过制备出一种低共熔点的铌铝合金，并有效地加入至钛铝合金中，可制备出性能优良、成分稳定均匀的高铌钛铝合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备铌铝合金的方法，该方法流程简单、生产成本低廉，所生产的铌铝合金成分均匀稳定，可以被广泛应用于铌铝合金的工业化生产。

本发明的另一个目的是提供一种制备铌铝合金的系统，实现制备流程简化，降低生产成本，可应用于铌铝合金的工业化生产，生产出成分均匀稳定的铌铝合金。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种铌铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将五氧化二铌、铝及少量助熔剂和除渣剂混合，形成混合物料；将剩余铝进行熔炼，形成铝液；再将所述混合物料加入到铝液中，使其能够通过铝热还原反应生成铌，并且所生成的铌均匀分布在铝液中，并与多余的铝反应生成成分均匀的铌铝合金。

其铝热反应方程式如下：

${\mathrm{Nb}}_2{O}_5+\frac{10}{3}Al=2Nb+\frac{5}{3}{\mathrm{Al}}_2{O}_3$

该标准反应自由能变化△G₂₉₈＝0.2855MJ，反应可以自动进行。

优选地，所述制备方法还包括铝热还原反应后控制熔液温度，采用具有由三氧化二铝制成搅拌棒的搅拌装置进行匀速缓慢搅拌，使反应生成的三氧化二铝及其它杂质能够有效地成渣，降低铌铝中间合金杂质含量，同时加速Nb的扩散，防止其偏析。

优选地，将五氧化二铌与铝及少量的助熔剂和除渣剂进行球磨混合并压制造粒，形成混合物料粒子。

优选地，所述熔炼过程在熔炼装置(如中频感应炉)中进行。

优选地，所述铝的熔炼和铌铝合金的制备和/或混料过程在真空或高纯惰性气体的保护下进行，有效防止制备过程中铝的氧化，降低铝的损耗。

优选地，所述的铌铝合金制备中各组分重量配比如下：

五氧化二铌：1份

铝：0.44-0.95份(优选0.5份)

助熔剂和除渣剂：少量

根据本发明的另一个方面，提供了一种铌铝合金的制备系统，其包括：混料装置，五氧化二铌、铝及少量的除渣剂在所述混料装置中混合，形成混合物料；以及熔炼装置，铝加入所述熔炼装置中，熔炼成铝液，再加入所述混合物料制备铌铝合金。

优选地，还包括抽真空装置和/或惰性气体输入装置，其与所述熔炼装置相连。

优选地，所述混料装置为球磨混合压制造粒装置。

优选地，所述熔炼装置设有温度控制装置和搅拌装置。

优选地，所述熔炼装置为中频感应炉。

优选地，所述搅拌装置的搅拌棒由三氧化二铝制成。

优选地，所述铌铝合金的制备系统还包括重量配比装置，在铌铝合金制备中，各组分重量配比为：五氧化二铌1份，铝0.44-0.95份(优选0.5份)，以及少量除渣剂。

根据本发明，制备过程中铝热反应生成的三氧化二铝及其它杂质能够有效地成渣，降低铌铝中间合金杂质含量，同时加速铌的扩散，防止其偏析；有效防止制备过程中铝的氧化，降低铝的损耗(损耗率低于5％)；制备的铌铝合金中铌的分布均匀、偏析程度小，铝烧蚀量小，且合金共熔点温度低，成分稳定；制备方法简单；生产成本低廉。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的铌铝合金制备方法流程图。

图2为根据本发明一个实施例的铌铝合金制备系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的铌铝合金的制备方法至少包括以下步骤：将五氧化二铌、铝及少量的除渣剂混合，形成混合物料；将剩余铝进行熔炼形成铝液；再将所述混合物料加入到铝液中，使其能够通过铝热还原反应生成铌，并均匀分布在铝液中，并与多余的铝反应，生成成分均匀的铌铝合金。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，铌铝合金制备系统包括球磨压制造粒装置1、熔炼装置2、抽真空和/或惰性气体输入装置3、搅拌装置4、温度控制装置5、以及重量配比装置6。

在本发明的一个实施例中，铌铝合金包括重量配比如下的各组分：

五氧化二铌：1份

铝：0.5份

助熔剂和除渣剂：少量

其中，所述的铝为普通铝锭，纯度大于99.90％，所述的五氧化二铌为普通氧化铌，纯度为99.90％。这样能够有效地节约成本，更加适用于工业化生产。所述铌铝合金采用熔炼法制备而成，其中熔炼方法采用的是传统的感应熔炼。通过先将部分铝金属在真空或惰性气氛保护状态下熔炼成铝液；加入剩余铝粉和五氧化二铌及助熔剂和除渣剂混合压制而成的粒子，通过铝热还原工艺自动还原制备；铝热还原反应过后，控制其熔炼温度，进行搅拌，使熔液中三氧化二铝和杂质成渣，同时加速铌的扩散。反应完成后，通过称重发现，其铝的损耗率低于5％；去皮除渣后，检测其合金中主要相结构为Nb₂Al和NbAl₃。

在一个实施例中，助熔剂可以是冰晶石加上氧化钙，具体数值范围为Al总量的0.2-0.5％；除渣剂为铝无钠打渣剂ZS-AZ6，具体数值范围为Al总量的0.2-0.5％。

Claims (10)

1.一种铌铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将五氧化二铌、铝及少量的(优选Al总量的0.2-0.5％)助熔剂(优选冰晶石加上氧化钙)和除渣剂混合，形成混合物料；将剩余铝进行熔炼，形成铝液；将所述混合物料加入到铝液中，通过铝热还原反应生成的铌均匀分布在铝液中，并与多余的铝反应，生成成分均匀的铌铝合金。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括铝热还原反应后控制熔液温度，采用具有三氧化二铝搅拌棒的搅拌装置进行匀速缓慢搅拌，使反应生成的三氧化二铝及其它杂质有效地成渣。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述铌铝合金的制备中，各组分重量配比为：五氧化二铌1份，铝0.44-0.95份(优选0.5份)，以及少量(优选Al总量的0.2-0.5％)助熔剂和除渣剂(优选铝无钠打渣剂ZS-AZ6)。

4.如权利要求1-3其中之一所述的制备方法，其特征在于，将五氧化二铌、铝及少量的除渣剂进行球磨混合，并压制造粒，形成混合物料粒子；所述熔炼过程在熔炼装置(如中频感应炉)中进行；和/或，所述铝的熔炼和铌铝合金的制备和/或混料过程，在真空或高纯惰性气体的保护下进行。

5.一种铌铝合金的制备系统，其特征在于，包括：混料装置，五氧化二铌、铝及少量(优选Al总量的0.2-0.5％)的除渣剂在所述混料装置中混合，以形成混合物料；熔炼装置，铝在所述熔炼装置中熔炼成铝液，再加入所述混合物料，以制备铌铝合金。

6.如权利要求5所述的制备系统，其特征在于，还包括抽真空装置和/或高纯惰性气体输入装置，其与所述熔炼装置相连。

7.如权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述混料装置为球磨混合压制造粒装置；所述熔炼装置设有温度控制装置和搅拌装置；和/或，所述熔炼装置为中频感应炉。

8.如权利要求7所述的制备系统，其特征在于，所述搅拌装置的搅拌棒由三氧化二铝制成。

9.如权利要求5-8其中之一所述的制备系统，其特征在于，所述铌铝合金的制备系统还包括重量配比装置，在铌铝合金制备中，各组分重量配比为：五氧化二铌1份，铝0.44-0.95份(优选0.5份)，以及少量(优选Al总量的0.2-0.5％)助熔剂和除渣剂。

10.一种高铌钛铝合金，其特征在于，将由如权利要求1-4其中之一所述的制备方法制备的铌铝合金加入钛铝合金中制备而成。