CN113122717A - 一种铝锆中间合金的制备方法 - Google Patents

一种铝锆中间合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113122717A
CN113122717A CN201911401442.6A CN201911401442A CN113122717A CN 113122717 A CN113122717 A CN 113122717A CN 201911401442 A CN201911401442 A CN 201911401442A CN 113122717 A CN113122717 A CN 113122717A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
zirconium
powder
oxide
calcium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911401442.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王力军
张建东
闫国庆
张顺利
刘海
黄景存
马朝辉
王智辉
段锦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRINM Resources and Environment Technology Co Ltd
Original Assignee
GRINM Resources and Environment Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GRINM Resources and Environment Technology Co Ltd filed Critical GRINM Resources and Environment Technology Co Ltd
Priority to CN201911401442.6A priority Critical patent/CN113122717A/zh
Publication of CN113122717A publication Critical patent/CN113122717A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/04—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by aluminium, other metals or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00—Obtaining refractory metals
    • C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
    • C22B34/14—Obtaining zirconium or hafnium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铝锆中间合金的制备方法。该制备方法包括以下步骤：(1)以氧化锆为原料，采用铝粉、铝钙合金粉或铝镁合金粉为还原剂，氯酸钾为氧化剂，氧化钙和氟化钙为造渣剂，将氧化锆、还原剂、氯酸钾、氧化钙和氟化钙按一定比例混合均匀，装入坩埚，压实；(2)用镁屑或镁粉在炉料上部引燃，反应自发进行至反应结束，破碎分离即可得到铝锆中间合金。本发明制备的铝锆中间合金主要成分为Al3Zr，锆含量高达45～55wt％，Al+Zr≥99wt％。本发明制备过程无污染，成本低，生产效率高，工艺简单易行无设备限制，且产品成分稳定。

Description

一种铝锆中间合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝锆中间合金的制备方法，属于合金制备技术领域。
背景技术
铝锆合金具有高强度、高塑性以及良好的韧性和耐蚀性等优异性能，而被广泛应用于航空航天、电力及舰船等领域。常用的铝锆合金的制备方法有机械合金化法、对掺法、燃烧合成法和熔盐电解法。
机械合金化法是以锆粉和铝粉为原料，在高能球磨机中长时间球磨，通过原子间的扩散和固态化学反应等物理化学过程形成铝锆合金粉。该法以价格昂贵的金属锆作为原料，导致成本很高，且产品为粉体，需经过再次处理才能实际应用。
对掺法也叫熔配法，是将海绵锆和铝在电炉中熔化后，按一定比例配制成中间合金，再将中间合金与铝配制成所需成分的铝锆合金。由于锆的熔点较高，重熔会增加能耗和成本。
燃烧合成法：将Zr粉、Al粉压块，加热点燃使其发生自蔓延反应生成铝锆合金。此方法生产效率较高，但采用Zr粉为原料成本高，且反应过程中Zr粉易吸氧。
熔盐电解法：将二氧化锆、铝粉、锆氟酸钾、冰晶石电炉加热至熔融状态下反应生成铝锆合金，此方法成本较低但反应产生的盐类副产物难以彻底去除，且成品率相对较低。
专利文献CN1514044A公开了一种电解生产铝锆合金的方法，该方法以铝和锆的氧化物为原料，在冰晶石体系中进行电解析出后直接化形成铝锆合金。得到合金中锆的含量为0.8-3wt％，Al+Zr≥98.5wt％。专利文献CN105274372A公开了一种铝锆合金的制备方法，该方法以铝钙合金为复合还原剂，二氧化锆为原料，冰晶石、六氟锆酸钾和氯化钠为覆盖剂，还原后得到合金中锆的含量为4-7wt％，Al+Zr≥99wt％。
上述铝锆合金制备工艺均在炉内进行，能耗较高且所得合金中锆的含量较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝锆中间合金的制备方法，该方法为炉外铝热还原方法，能耗低，能够得到锆含量达45～55wt％的铝锆中间合金。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝锆中间合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)以氧化锆为原料，采用铝粉、铝钙合金粉或铝镁合金粉为还原剂，氯酸钾为氧化剂，氧化钙和氟化钙为造渣剂，将氧化锆、还原剂、氯酸钾、氧化钙和氟化钙按一定比例混合均匀，装入坩埚，压实；
(2)用镁屑或镁粉在炉料上部引燃，反应自发进行至反应结束，破碎分离即可得到铝锆中间合金。
在本发明中，所述氧化剂氯酸钾能够与还原剂铝粉、铝钙合金粉或铝镁合金粉反应放热，为反应产物熔化提供充足的热量。优选地，所述步骤(2)中单位炉料发热量为2800～3800kJ/kg。
在本发明中，还原剂一方面要完全还原氧化锆，另一方面要与氧化剂反应放热为体系提供足够的热量，氧化钙和氟化钙的加入量以Al2O3-CaO相图和Al2O3-CaF2相图为依据。优选地，所述步骤(1)中各原料组分质量配比为：氧化锆∶铝粉∶氧化剂∶氧化钙∶氟化钙＝80～110∶100～150∶60～80∶30～60∶10～25。
在本发明中，所述氧化锆为粉体，纯度≥95wt％，粒度≤1mm。所述还原剂优选为铝粉，纯度≥95wt％，粒度≤1mm。
本发明所述的氧化剂为工业级的氯酸钾，纯度大于95wt％；造渣剂氧化钙和氟化钙均为工业级，纯度大于95wt％。
在本发明中，所述坩埚的材质可以为氧化铝、刚玉或氧化镁。
本发明的优点在于：
本发明通过原料成分、配比和反应热效应控制，将氧化锆还原、铝锆合金化以及渣金分离一步完成，能够制备出杂质含量低、锆含量高的铝锆中间合金。本发明制备的铝锆中间合金主要成分为Al3Zr，锆含量高达45～55wt％，Al+Zr≥99wt％。本发明制备过程无污染，成本低，生产效率高，工艺简单易行无设备限制，且产品成分稳定。
附图说明
图1为本发明的方法所使用的设备结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示，本发明的方法所使用的设备包括，铁桶1、设置在铁桶1内的坩埚3，在铁桶1与坩埚3之间填充有镁砂2，炉料4置于坩埚3内，用于引燃炉料的镁屑或镁粉5置于炉料4的上部。
实施例1
首先将50g氧化锆、70g铝、45g氯酸钾、20g氧化钙及8g氟化钙混合均匀，炉料单位发热量为3800kJ/kg；然后将炉料置于陶瓷坩埚内并将坩埚周围用沙子压实，用镁粉加入炉料上部点燃引发反应，待反应结束后冷却至室温，破碎产物得到合金锭。合金收率为68.7％，物相为Al3Zr和Al，Zr含量达到50.8wt％，Zr+Al＝99.5wt％。
实施例2
首先将100g氧化锆、140g铝、80g氯酸钾、40氧化钙及15g氟化钙混合均匀，炉料单位发热量为3600kJ/kg；然后将炉料置于陶瓷坩埚内并将坩埚周围用沙子压实，用镁粉加入炉料上部点燃引发反应，待反应结束后冷却至室温，破碎产物得到合金锭。合金收率为73.9％，物相为Al3Zr和Al，Zr含量达到52.5wt％，Zr+Al＝99.4wt％。
实施例3
首先将500g氧化锆、700g铝镁合金粉、356g氯酸钾、200g氧化钙及80g氟化钙混合均匀，炉料单位发热量为3300kJ/kg；然后将炉料置于陶瓷坩埚内并将坩埚周围用沙子压实，用镁粉加入炉料上部点燃引发反应，待反应结束后冷却至室温，破碎产物得到合金锭。合金收率为77.7％，物相为Al3Zr和Al，Zr含量达到53.3wt％，Zr+Al＝99.7wt％。
实施例4
首先将2kg氧化锆、2.988kg铝钙合金粉、1.214kg氯酸钾、0.8kg氧化钙及0.32kg氟化钙混合均匀，炉料单位发热量为3000kJ/kg；然后将炉料置于陶瓷坩埚内并将坩埚周围用沙子压实，用镁粉加入炉料上部点燃引发反应，待反应结束后冷却至室温，破碎产物得到合金锭。合金收率为83.7％，物相为Al3Zr和Al，Zr含量达到54.1wt％，Zr+Al＝99.8wt％。
实施例5
首先将10kg氧化锆、14.65kg铝、6.51kg氯酸钾、4kg氧化钙及1.6kg氟化钙混合均匀，炉料单位发热量为2800kJ/kg；然后将炉料置于陶瓷坩埚内并将坩埚周围用沙子压实，用镁粉加入炉料上部点燃引发反应，待反应结束后冷却至室温，破碎产物得到合金锭。合金收率为90.7％，物相为Al3Zr和Al，Zr含量达到54.6wt％，Zr+Al＝99.8wt％。

Claims (5)

1.一种铝锆中间合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)以氧化锆为原料，采用铝粉、铝钙合金粉或铝镁合金粉为还原剂，氯酸钾为氧化剂，氧化钙和氟化钙为造渣剂，将氧化锆、还原剂、氯酸钾、氧化钙和氟化钙按一定比例混合均匀，装入坩埚，压实；
(2)用镁屑或镁粉在炉料上部引燃，反应自发进行至反应结束，破碎分离即可得到铝锆中间合金。
2.根据权利要求1所述的铝锆中间合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中各原料组分质量配比为：氧化锆∶铝粉∶氧化剂∶氧化钙∶氟化钙＝80～110∶120～150∶60～80∶30～60∶10～25。
3.根据权利要求1所述的铝锆中间合金的制备方法，其特征在于，所述氧化锆为粉体，粒度≤1mm，纯度≥95％。
4.根据权利要求1所述的铝锆中间合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中单位炉料发热量为2800～3800kJ/kg。
5.根据权利要求1所述的铝锆中间合金的制备方法，其特征在于，所述坩埚的材质为氧化铝、刚玉或氧化镁。
CN201911401442.6A 2019-12-30 2019-12-30 一种铝锆中间合金的制备方法 Pending CN113122717A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911401442.6A CN113122717A (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种铝锆中间合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911401442.6A CN113122717A (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种铝锆中间合金的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113122717A true CN113122717A (zh) 2021-07-16

Family

ID=76768405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911401442.6A Pending CN113122717A (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种铝锆中间合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113122717A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1531152A (en) * 1975-05-28 1978-11-01 Atomic Energy Board Aluminothermic process
CN1587188A (zh) * 2004-07-08 2005-03-02 复旦大学 一步合成高纯二硼化锆－三氧化二铝陶瓷复合粉末的方法
CN103898324A (zh) * 2014-03-31 2014-07-02 承德天大钒业有限责任公司 一种铝钽合金的制备方法
CN104928552A (zh) * 2015-06-19 2015-09-23 承德天大钒业有限责任公司 一种铝铬钛铁中间合金及其制备方法
US20160160313A1 (en) * 2013-03-15 2016-06-09 Ati Properties, Inc. Processes for producing tantalum alloys and niobium alloys

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1531152A (en) * 1975-05-28 1978-11-01 Atomic Energy Board Aluminothermic process
CN1587188A (zh) * 2004-07-08 2005-03-02 复旦大学 一步合成高纯二硼化锆－三氧化二铝陶瓷复合粉末的方法
US20160160313A1 (en) * 2013-03-15 2016-06-09 Ati Properties, Inc. Processes for producing tantalum alloys and niobium alloys
CN103898324A (zh) * 2014-03-31 2014-07-02 承德天大钒业有限责任公司 一种铝钽合金的制备方法
CN104928552A (zh) * 2015-06-19 2015-09-23 承德天大钒业有限责任公司 一种铝铬钛铁中间合金及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108070733B (zh) 一种新型纳米硼化钛陶铝复合焊丝线材
CN109536751B (zh) 一种铝热还原生产镁锂合金副产镁铝尖晶石的方法
CN102154569B (zh) 钒铝合金制备方法
CN103276253B (zh) 一种低成本Al-Ti-B细化剂及其制备方法
CN103820658B (zh) 一种低杂质钒铝合金的生产方法
JP6810243B2 (ja) テルミット自己伝播勾配還元及びスラグ洗浄精練に基づくチタン合金の製造方法
CN102787252A (zh) 原位制备TiB2增强铝基复合材料的方法
CN103233146A (zh) 高效清洁型Al-Ti-B细化剂及其制备方法
CN108439422B (zh) 一种铝热还原制备硼化钛合金的方法
CN104611601A (zh) 钒铝合金及其制备方法
CN103498060B (zh) 一种制备金属钒的方法
CN112011704A (zh) 稀土铝钛硼晶粒细化剂及其制备方法
CN103773979B (zh) 一种再生利用钛屑或钛边角料制备铝钛中间合金的方法
CN101135013A (zh) 镁及镁合金复合晶粒细化剂及其制备方法
EP2038442A1 (en) Method for producing metal alloy and intermetallic powders
CN113122717A (zh) 一种铝锆中间合金的制备方法
CN103146941B (zh) 一种铝钛硼中间合金的制备方法
KR101352371B1 (ko) 자전연소합성법을 이용한 저산소 티타늄 분말 제조방법
CN103173662B (zh) 一种铝铌钽三元合金以及制备方法
CN111455207B (zh) 前驱体工艺制备镁钪合金的方法及该方法制备镁钪合金
CN113430398B (zh) 一种含有钒元素的JCr98级金属铬及其制备方法
US6908599B2 (en) Process for the production of zirconium boride powder
CN113046582A (zh) 一种直接还原制备铪铝合金的方法
CN101003865A (zh) 钛铁生产用复合发热剂
CN103938007A (zh) 一种合成致密TiC陶瓷基Al金属复合物的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210716