CN109794598B - 一种超高纯铼锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高纯铼锭的制备方法，属于粉末冶金技术领域。该方法首先将高纯铼粉筛选出40目和80目的铼粉，按比例制成混合粉，再将混合粉与高纯酒精混粉，混粉时间为10～60min；混粉后压制成坯料锭，采用还原气氛炉对坯料锭进行预烧结，再经高温烧结后，得到超高纯的铼锭。本发明的优点在于可以有效降低合金中的杂质元素，O含量可以达到小于100ppm、N和S元素含量小于10ppm，铼锭的纯度不小于99.995％。
Description
技术领域：
本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种超高纯铼锭的制备方法，所制备的铼锭纯度≥99.995％。
背景技术：
铼锭是制备航空发动机用先进单晶高温合金的重要原材料，价格高昂，资源稀缺。铼锭中的杂质元素含量对单晶高温合金的纯度与使用性能有着重要的影响。目前，高纯铼锭的制备广泛采用离心喷雾“造粒”的方式做出球形度好、大颗粒的铼粉，再进行压制坯料，烧结成铼锭。该方法不仅工艺复杂，成品率较低，且“造粒”过程中会引入有机物，即使利用脱脂的方式将有机物烧结脱去，有机物中残留的杂质也可能影响铼锭的纯度。当有机物中含有不能以气体形式脱去的杂质时将保留在铼锭中引入杂质，脱脂的过程的不完全致使铼锭中氧、氮、碳含量较高，降低铼锭纯度，所获得的铼锭的杂质含量较高，尤其是C元素含量较高。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种超高纯铼锭的制备方法，该方法可以避免引入杂质元素，降低铼锭中的杂质元素含量，提高铼锭的纯度，具有较好的工程应用价值和经济价值。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种超高纯铼锭的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)筛粉：筛粉过程用于分离不同粒度的铼粉，形成两种粒度等级的粉体；
(2)混粉及压制坯料：将两种粒度等级的铼粉按照比例进行混合，并添加高纯酒精混合均匀，再将所得混合料压制形成坯料；
(3)预烧过程：将步骤(2)所得坯料进行预烧；
(4)高温烧结：经步骤(3)预烧后的铼锭进行高温烧结后，即获得所述超高纯铼锭。
上述步骤(1)中，所述筛粉过程中，原料为纯度99.95％的铼粉，采用 40目和80目筛网进行筛粉，筛粉后得到粒度40目和粒度80目两种粒度等级铼粉。
上述步骤(2)混粉过程中，粒度40目和粒度80目的铼粉按照(2～5)： (8～5)的重量比例进行混合，所得混合铼粉与高纯酒精的重量比例为 (3～9)：(7～1)，添加酒精后的混粉时间为10～60min。所述高纯酒精的纯度为99.5％。
上述步骤(2)压制坯料过程中，坯料压制强度1000～9000MPa，压制料锭的形状为圆柱。
上述步骤(3)预烧过程中，烧结温度为300℃～1500℃，预烧结过程的氢气流量为0.4～4L/min，烧结时间为3～8h，烧结后随炉冷却。
上述步骤(4)高温烧结过程中，烧结温度为1800℃～2800℃，烧结的时间为4～8h，烧结气体氢气流量为0.5～2L/min。
采用本发明方法所制备的超高纯铼锭的纯度≥99.995％。
本发明的有益效果如下：
本发明为超高纯铼锭的制备方法，铼粉经过此方法制备的铼锭纯度不低于99.995％，不引入杂质元素，制备方法较传统的方法杂质元素含量低， O含量达到小于100ppm、N和S的含量小于10ppm，本发明可以实现高纯铼锭的制备，简化工艺过程，避免有机物的使用与处理，具有提高铼锭纯度与环保节能的作用。
附图说明:
图1为实施例1采用模压机压制获得铼锭坯料的外观图。
图2为实施例1采用还原气氛炉预烧结获得铼锭的外观图。
图3为实施例1采用高温还原气氛炉烧结获得铼锭的外观图。
图4为实施例1采用高温还原气氛炉烧结获得铼锭的显微组织图。
具体实施方式：
以下结合实施例对本专利作更详细的描述。这些实例仅仅是对本专利最佳实施方式的描述，不对本专利的范围有任何限制。
以下实施例中所涉及到的比例都为重量比例。坯料锭利用压力模压机压制成型。采用还原气氛炉对坯料锭进行预烧结，去除铼锭坯料中的潮气与还原部分氧化铼形成预制铼锭，预烧结后，将铼锭放入高温还原气氛烧结炉中进行高温烧结。
实施例1
将高纯铼粉先利用80目的筛网筛粉，再利用40目的筛网过滤筛上物体，铼粉为高纯的铼粉，纯度为99.95％。筛后的两种粉按照40目：80目＝2:1进行混合，再与高纯酒精(纯度为99.5％)按照3：7的比例混合，利用真空混粉机进行混粉，混合时间为10min。混合后将粉取出，在2000MPa 下进行压制成φ13.6mm的圆柱形铼锭，如图1所示。压制后的料坯放入到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度600℃，氢气流量为3L/min，烧结时间为3h，烧结后随炉冷却，如图2所示；待预烧后放入高温下煅烧，烧结温度为1800℃，烧结时间为8h，氢气气体流量为0.5L/min。烧结后的铼锭的组织致密(如图3和4所示)，纯度为99.995％，O含量为85ppm，N含量为8ppm。
实施例2
将高纯铼粉先利用80目的筛网筛粉，再利用40目的筛网过滤筛上物体，铼粉为高纯的铼粉，纯度为99.95％。再与高纯酒精(纯度为99.5％)按照 4：6的比例混合，利用真空混粉机进行混粉，混合时间为20min。混合后将粉取出利用自动干粉压制机器在4000MPa下进行压制成φ13.6mm的圆柱形铼锭，压制后的料坯放入到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度900℃，氢气流量为4L/min，烧结时间为4h烧结后随炉冷，待预烧来后放入高温下煅烧，烧结温度为2000℃，烧结时间为6h，气体流量为0.5L/min。烧结后的铼锭的纯度为99.99％，O含量为45ppm，N含量为5ppm。
实施例3
将高纯铼粉先利用80目的筛网筛粉，再利用40目的筛网过滤筛上物体，铼粉为高纯的铼粉，纯度为99.95％。筛后的两种粉按照40目：80目＝5:5进行混合，再与高纯酒精(纯度为99.5％)按照7：3的比例混合，利用真空混粉机进行混粉，混合时间为40min。混合后将粉取出，在3000MPa 下进行压制成φ13.6mm的圆柱形铼锭，压制后的料坯放入到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度1000℃，氢气流量为2L/min，烧结时间为3h烧结后随炉冷，待预烧后放入高温下煅烧，烧结温度为2100℃，烧结时间为8h，氢气气体流量为0.5L/min。烧结后的铼锭的纯度为99.995％，O含量为 98ppm，N含量为8ppm。
对比例1
将高纯铼粉先利用80目的筛网筛粉，再利用40目的筛网过滤筛上物体，铼粉为高纯的铼粉，纯度为99.95％。筛后的两种粉按照40目：80目＝2:1进行混合，再与高纯酒精(纯度为99.5％)按照1：7的比例混合，利用真空混粉机进行混粉，混合时间为10h。混合后将粉取出，在3000MPa下进行压制成φ13.6mm的圆柱形铼锭，压制后的料坯放入到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度250℃，氢气流量为3L/min，烧结时间为3h烧结后随炉冷，待预烧后放入高温下煅烧，烧结温度为1600℃，烧结时间为8h，氢气气体流量为0.5L/min。烧结后的铼锭的纯度为99.98％，O含量为200ppm， N含量为20ppm。
对比例2
将高纯铼粉先利用80目的筛网筛粉，再利用40目的筛网过滤筛上物体，铼粉为高纯的铼粉，纯度为99.95％。筛后的两种粉按照40目：80目＝5:5进行混合，再与高纯酒精(纯度为99.5％)按照7：3的比例混合，利用真空混粉机进行混粉，混合时间为40min。混合后将粉取出，在3000MPa 下进行压制成φ13.6mm的圆柱形铼锭，压制后的料坯放入到气氛烧结炉中进行烧结，烧结温度1000℃，氢气流量为2L/min，烧结时间为1h烧结后随炉冷，待预烧后放入高温下煅烧，烧结温度为2100℃，烧结时间为1h，氢气气体流量为0.5L/min。烧结后的铼锭的纯度为99.99％，O含量为 198ppm，N含量为22ppm。
由上述实施例1-3中铼锭样品纯度和O、N含量可以看出，在较高的温度下进行铼锭的预烧结和烧结，可以使O、N、S等气体元素与氢气充分反应，同时，可以使低熔点的杂质元素逸出，有效地降低铼锭中的杂质元素含量，提高其纯度。
由上述对比例1和2中铼锭样品纯度和O、N含量可以看出，在低于本发明规定的温度或者保温时间少于本发明规定的时间下进行铼锭的预烧结和烧结，O、N等气体元素不能与氢气充分反应，同时，低熔点的杂质元素不能完全逸出，使铼锭的纯度降低，这说明烧结温度和时间超出本专利限范围，都无法获得超高纯的铼锭。
根据本发明的优点在于可以简化制备的工艺过程、提高生产过程中的效率，制备过程中避免了有机物的使用不引入杂质元素，并具有环保节能的效果，降低了生产成本，具有很好的应用价值。
Claims (2)
1.一种超高纯铼锭的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：
(1)筛粉：筛粉过程用于分离不同粒度的铼粉，形成两种粒度等级的粉体；所述筛粉过程中，原料为纯度99.95％的铼粉，采用40目和80目筛网进行筛粉，筛粉后得到粒度40目和粒度80目两种粒度等级铼粉；
(2)混粉及压制坯料：将两种粒度等级的铼粉按照比例进行混合，并添加高纯酒精混合均匀，再将所得混合料压制形成坯料；混粉过程中，粒度40目和粒度80目的铼粉按照(2～5)：(8～5)的重量比例进行混合，所得混合铼粉与高纯酒精的重量比例为(3～9)：(7～1)，添加酒精后的混粉时间为10～60min；压制坯料过程中，坯料压制强度1000～9000MPa，压制料锭的形状为圆柱；
(3)预烧过程：将步骤(2)所得坯料进行预烧；预烧过程中，烧结温度为300℃～1500℃，预烧结过程的氢气流量为0.4～4L/min，烧结时间为3～8h，烧结后随炉冷却；
(4)高温烧结：经步骤(3)预烧后的铼锭进行高温烧结后，即获得所述超高纯铼锭；高温烧结过程中，烧结温度为1800℃～2800℃，烧结的时间为4～8h，烧结气体氢气流量为0.5～2L/min；
所制备的超高纯铼锭的纯度≥99.995％，O含量小于100ppm、N和S的含量小于10ppm。
2.根据权利要求1所述的超高纯铼锭的制备方法，其特征在于：所述高纯酒精的纯度为99.5％。
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