CN112609097A - 一种利用钒酸钙制备钒铝合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金冶炼技术领域，具体公开一种利用钒酸钙制备钒铝合金的方法。所述利用钒酸钙制备钒铝合金的方法具体为：将铝粉和钒酸钙按0.45～0.7:1的质量比混匀，在惰性气氛中加热至1400～1600℃进行反应，冷却、去渣，得到所述钒铝合金。本发明实现了直接利用钒酸钙为原料来制备钒铝合金，节省了将钒酸钙转化成五氧化二钒的中间工序，且无需额外加入熔剂。同时，整个反应过程无喷溅，节约了大量人力成本和原料成本。本发明提供的制备方法为钒铝合金的生产提供了一种全新的方法。
Description
技术领域
本发明涉及合金冶炼技术领域，尤其涉及一种利用钒酸钙制备钒铝合金的方法。
背景技术
钒铝合金作为一种中间合金，可作为添加剂用于生产钛合金—TiAl6V4。TiAl6V4在航空航天、军工、民用等领域均有广泛应用。
目前，生产钒铝合金主要有一步法工艺和两步法工艺，然而无论是哪一种工艺，均需以五氧化二钒、金属铝和造渣剂为原料。其中，所使用的五氧化二钒，是由提钒过程的中间产品钒酸钠或钒酸钙转化为钒酸铵后进一步制备而成。且生产钒铝合金的工艺过程中需要加入熔剂，反应温度要求及其严格，反应过程中还存在多种反应时间和热量不可控的现象，通常需要多次加热处理，因此上述多种原因导致钒铝合金的制备工艺复杂以及质量难以保证。不仅如此，现有技术利用金属铝与五氧化二钒发生铝热还原反应制备钒铝合金的过程中，反应发生的瞬间热量较大，极易发生喷溅。因此，寻求一种安全可控、生产效率高的钒铝合金制备方法具有重要的意义。
发明内容
针对现有钒铝合金的制备工艺复杂、易喷溅以及反应热量不可控的问题，本发明提供一种利用钒酸钙制备钒铝合金的方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，将铝粉和钒酸钙按0.45～0.7:1的质量比混匀，在惰性气氛中加热至1400～1600℃进行反应，冷却、去渣，得到所述钒铝合金。
本发明提供的利用钒酸钙制备钒铝合金的方法通过设定特定的钒酸钙和铝粉的配比，在特定温度下可直接利用钒酸钙和铝粉一步得到钒铝合金，实现了直接利用钒酸钙为原料来制备钒铝合金，节省了将钒酸钙转化成五氧化二钒的中间工序，且无需额外加入熔剂。除此之外，本发明的制备方法与现有技术相比，整个反应过程无喷溅，且通过控制加热反应的温度，使反应过程中的热量稳定释放，有效控制了反应的剧烈程度，实现了钒铝合金制备过程中反应热量的有效控制，只需一次加热即可完成钒铝合金的制备，免去了传统制备过程中因反应热量不可控需要进行多次电极引燃加热的工序，节约了大量人力成本和原料成本，提高钒铝合金的生产效率。同时，本发明制备得到的钒铝合金纯度高、产渣少，完全满足行业标准，为钒铝合金的制备提供了一种全新的方法。
优选的，所述钒酸钙和所述铝粉的粒径均≤125μm。
上述优选的钒酸钙和铝粉的粒径选择，可进一步加快钒酸钙和铝粉的充分反应，提高钒铝合金的纯度和反应效率。
优选的，所述钒酸钙包括以下质量百分比的组分：V2O5：36％～55.5％，CaO：44％～63％，SiO2：0.02～0.08％，Al：0.01～0.04％，Fe：0.01～0.05％和不可避免的杂质。
上述优选的钒酸钙各元素的含量可以进一步提高制备得到的钒铝合金的纯度，保证产品的质量和稳定性。
优选的，所述铝粉包括以下质量百分比的组分：Al≥99.5％，Si≤0.1％，Fe≤0.12％和不可避免的杂质。
优选的，所述加热的过程在石墨坩埚中进行，所述石墨坩埚的指标为：体积密度≥1.7g/cm3，抗折强度≥9.8MPa，灰分≤0.3％，气孔率≤15％。
上述石墨坩埚技术指标的选择可以降低所述钒铝合金制备过程中C的掺杂，进一步提高钒铝合金的品质。
优选的，所述惰性气氛为氩气气氛。
优选的，所述反应的时间为30～60min。
优选的，所述冷却的终点温度≤50℃。
附图说明
图1是本发明实施例1中利用钒酸钙制备钒铝合金的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，包括以下工艺步骤：
(1)取钒酸钙1g、铝粉0.7g搅拌混匀，混匀时间为10min。
其中，钒酸钙和铝粉的粒径均≤125μm。
钒酸钙包含以下质量百分比的元素：V2O5：36.17％，CaO：62.8％，SiO2：0.04％，Al：0.02％，Fe：0.035％和不可避免的杂质；
铝粉包含以下质量百分比的元素：Al：99.6％，Si：0.08％，Fe：0.09％和其它不可避免的杂质。
(2)将混匀后的钒酸钙和铝粉投入石墨坩埚中，以0.9L/min的流速通入氩气，在氩气气氛中加热至1500℃反应40min。
其中，石墨坩埚技术指标为：体积密度1.8g/cm3，抗折强度10.2MPa，灰分0.21％，气孔率12％。
(3)自然冷却至50℃，去除渣层，得到AlV55钒铝合金，且符合行业标准(YS/T579—2014)的要求。
实施例2
(1)取钒酸钙1g、铝粉0.6g搅拌混匀，混匀时间为15min。
其中，钒酸钙和铝粉的粒径均≤125μm。
钒酸钙包含以下质量百分比的元素：V2O5：41.3％，CaO：58.4％，SiO2：0.05％，Al：0.03％，Fe：0.04％和不可避免的杂质；
铝粉包含以下质量百分比的元素：Al：99.6％，Si：0.07％，Fe：0.10％和不可避免的杂质。
(2)将混匀后的钒酸钙和铝粉投入石墨坩埚中，以0.9L/min的流速通入氩气，在氩气气氛中加热至1550℃反应60min。
其中，石墨坩埚技术指标为：体积密度1.8g/cm3，抗折强度10.2MPa，灰分0.21％，气孔率12％。
(3)自然冷却至45℃，去除渣层，得到AlV65钒铝合金，且符合行业标准(YS/T579—2014)的要求。
实施例3
(1)取钒酸钙1g、铝粉0.5g搅拌混匀，混匀时间为18min。
其中，钒酸钙和铝粉的粒径均≤125μm。
钒酸钙包含以下质量百分比的元素：V2O5：52.1％，CaO：47.6％，SiO2：0.045％，Al：0.035％、Fe：0.042％和不可避免的杂质；
铝粉包含以下质量百分比的元素：Al：99.7％，Si：0:07％，Fe：0.05％和不可避免的杂质。
(2)将混匀后的钒酸钙和铝粉投入石墨坩埚中，以0.8L/min的流速通入氩气，在氩气气氛中加热至1600℃反应30min。
其中，石墨坩埚技术指标为：体积密度1.8g/cm3，抗折强度10.2MPa，灰分0.21％，气孔率12％。
(3)自然冷却至48℃，去除渣层，得到AlV75钒铝合金，且符合行业标准(YS/T579—2014)的要求。
实施例4
(1)取钒酸钙1g、铝粉0.45g搅拌混匀，混匀时间为18min。
其中，钒酸钙和铝粉的粒径均≤125μm。
钒酸钙包含以下质量百分比的元素：V2O5：55.3％，CaO：44.5％，SiO2：0.039％，Al：0.031％，Fe：0.047％和不可避免的杂质；
铝粉包含以下质量百分比的元素：Al：99.6％，Si：0:05％，Fe：0.06％和不可避免的杂质。
(2)将混匀后的钒酸钙和铝粉投入石墨坩埚中，以0.9L/min的流速通入氩气，在氩气气氛中加热至1400℃反应60min。
其中，石墨坩埚技术指标为：体积密度1.8g/cm3，抗折强度10.2MPa，灰分0.21％，气孔率12％。
(3)自然冷却至50℃，去除渣层，得到AlV85钒铝合金，且符合行业标准(YS/T579—2014)的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，其特征在于：将铝粉和钒酸钙按0.45～0.7:1的质量比混匀，在惰性气氛中加热至1400～1600℃进行反应，冷却、去渣，得到所述钒铝合金。
2.如权利要求1所述的利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述钒酸钙和所述铝粉的粒径均≤125μm。
3.如权利要求1或2所述的利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述钒酸钙包括以下质量百分比的组分：V2O5：36％～55.5％，CaO：44％～63％，SiO2：0.02～0.08％，Al：0.01～0.04％，Fe：0.01～0.05％和不可避免的杂质。
4.如权利要求1或2所述的利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述铝粉包括以下质量百分比的组分：Al≥99.5％，Si≤0.1％、Fe≤0.12％和不可避免的杂质。
5.如权利要求1所述的利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述加热的过程在石墨坩埚中进行，所述石墨坩埚的指标为：体积密度≥1.7g/cm3，抗折强度≥9.8MPa，灰分≤0.3％，气孔率≤15％。
6.如权利要求1所述的利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述惰性气氛为氩气气氛。
7.如权利要求1所述的利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述反应的时间为30～60min。
8.如权利要求1所述的利用钒酸钙制备钒铝合金的方法，其特征在于：所述冷却的终点温度≤50℃。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20211221 |
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