EA019581B1 - Способ и устройство для получения сплавов на основе титана-алюминия - Google Patents

Способ и устройство для получения сплавов на основе титана-алюминия Download PDF

Info

Publication number
EA019581B1
EA019581B1 EA201071214A EA201071214A EA019581B1 EA 019581 B1 EA019581 B1 EA 019581B1 EA 201071214 A EA201071214 A EA 201071214A EA 201071214 A EA201071214 A EA 201071214A EA 019581 B1 EA019581 B1 EA 019581B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
section
titanium
aluminum
reactor
temperature
Prior art date
Application number
EA201071214A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201071214A1 (ru
Inventor
Джавад Хайдар
Original Assignee
Коммонвелт Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Организейшн
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
Priority claimed from AU2008901946A external-priority patent/AU2008901946A0/en
Application filed by Коммонвелт Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Организейшн filed Critical Коммонвелт Сайентифик Энд Индастриал Рисерч Организейшн
Publication of EA201071214A1 publication Critical patent/EA201071214A1/ru
Publication of EA019581B1 publication Critical patent/EA019581B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • 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
    • C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
    • C22B34/1263—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining metallic titanium from titanium compounds, e.g. by reduction
    • C22B34/1277—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining metallic titanium from titanium compounds, e.g. by reduction using other metals, e.g. Al, Si, Mn
    • 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
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045—Alloys based on refractory metals
    • C22C1/0458—Alloys based on titanium, zirconium or hafnium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

В изобретении раскрыты реактор и способ для получения сплавов на основе титана-алюминия или сплавов на основе интерметаллических соединений титана-алюминия. Реактор включает в себя первую секцию, имеющую впуск, через который может быть введен материал-предшественник, содержащий субхлориды титана и алюминий. Первая секция способна нагреваться до первой температуры, при которой могут происходить реакции между субхлоридами титана и алюминием, и дополнительно содержит выпуск газа, через который могут быть отведены любые образовавшиеся газообразные побочные продукты. Реактор также включает в себя вторую секцию, которая может быть нагрета до второй температуры, при которой могут происходить реакции материала, перемещенного из первой секции, с образованием сплава на основе титана-алюминия; механизм для приведения газа в движение, предназначенный при эксплуатации для приведения любого газообразного побочного продукта, образовавшегося в ходе реакций во второй секции, в движение в направлении к первой секции; и промежуточную секцию между первой и второй секциями. Промежуточная секция может быть нагрета до промежуточной температуры, при которой по меньшей мере часть материала, перемещенного из первой секции, может срастаться и образовывать кек на поверхности промежуточной секции и при которой газообразный побочный продукт, образовавшийся в ходе реакций во второго секции, может быть принят и сконденсирован. Реактор также включает в себя устройство удаления для снятия превратившегося в кек материала с поверхности промежуточной секции и перемещения его во вторую секцию.

Description

Описываемые здесь реактор и способ могут быть использованы для получения сплавов на основе титана-алюминия или сплавов на основе интерметаллических соединений титана-алюминия и, в частности, сплавов на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия или сплавов на основе интерметаллических соединений титана-алюминия.
Уровень техники
Сплавы титана-алюминия (Τί-Άί) или сплавы на основе интерметаллических соединений титанаалюминия (Т1-А1) представляют собой весьма ценные материалы. Однако они могут быть сложны или дороги в получении, особенно в виде порошка. Высокая стоимость получения ограничивает широкое использование этих материалов даже притом, что они обладают очень желательными свойствами для применения в авиационно-космической, автомобильной и других отраслях промышленности.
Известны реакторы и способы для получения сплавов на основе титана-алюминия. Например, в №0 2007/109847 раскрыт поэтапный способ получения соединений титана-алюминия, титановых сплавов, интерметаллических соединений и сплавов титана-алюминия.
В №0 2007/109847 описано получение сплавов на основе титана-алюминия посредством двухстадийного процесса восстановления, основанного на восстановлении тетрахлорида титана алюминием. На стадии 1 Т1С14 восстанавливают А1 в присутствии А1С13 с получением субхлоридов титана по следующей реакции:
Т1С1<+(1,33+х)А1-.Т1С13+(1+х)А1+0, ЗЗЗА1С1з (1) или
Т1С14+(1,33+х)А1-Т1С12+(0, 666+х)А1+0, 666А1С13 (1)
На стадии 2 продукты реакции (1) обрабатывают при температурах между 200 и 1300°С с получением порошка сплавов на основе титана-алюминия в соответствии со следующей (упрощенной) схемой реакции:
Т1С13+ (1+х)А1-.Т1-А1Х+А1С13 (2) или
Т1С12+(0, ббб+х)Α1 .Τί-Άί,+ 0,6ббА1С13 (2)
Сущность изобретения
В первом аспекте предусмотрен реактор для получения сплава на основе титана-алюминия. Этот реактор включает в себя первую секцию, содержащую впуск, через который может быть введен материал-предшественник, содержащий субхлориды титана и алюминий (например, порошок алюминия или чешуйки алюминия), причем эта первая секция способна нагреваться до первой температуры, при которой могут происходить реакции между субхлоридами титана и алюминием, при этом первая секция дополнительно содержит выпуск газа, через который могут быть отведены любые образовавшиеся газообразные побочные продукты (например, газообразный хлорид алюминия);
вторую секцию, которая способна нагреваться до второй температуры, при которой могут происходить реакции материала, перемещаемого из первой секции, с образованием сплава на основе титанаалюминия;
движитель газа, предназначенный при эксплуатации для приведения любого газообразного побочного продукта, образовавшегося в ходе реакций во второй секции (например, газообразных хлоридов титана), в движение в направлении к первой секции (т.е. назад из второй секции);
промежуточную секцию между первой и второй секциями, причем эта промежуточная секция способна нагреваться до промежуточной температуры, при которой по меньшей мере часть материала, перемещаемого из первой секции, может срастаться и образовывать кек на поверхности промежуточной секции (например, на стенке промежуточной секции) и при которой газообразный побочный продукт, образовавшийся в ходе реакций во второго секции, может быть принят и сконденсирован; и устройство удаления для снятия превратившегося в кек материала с поверхности промежуточной секции и перенесения его во вторую секцию.
Используемый здесь термин сплав на основе титана-алюминия следует понимать как охватывающий сплав на основе титана-алюминия или сплав на основе интерметаллических соединений титанаалюминия.
Используемый здесь термин субхлорид титана следует понимать как означающий трихлорид титана Т1С13, и/или дихлорид титана Т1С12, или другие сочетания титана и хлора, но не Т1С14, который именуется здесь тетрахлоридом титана. Однако в некоторых местах описания может быть использован более общий термин хлорид титана, который следует понимать как означающий тетрахлорид титана Т1С14, трихлорид титана Т1С13 и/или дихлорид титана Т1С12 либо другие сочетания титана и хлора.
Автором настоящего изобретения было обнаружено, что в процессе, описанном в №0 2007/109847, производство соединений титана-алюминия и т.д. может быть затруднено из-за образования внутри реактора спекшихся или затвердевших материалов, которые могут мешать или препятствовать дальнейшему движению материала через реактор (в любом направлении). Такое затвердевание, которое здесь также именуется срастанием, происходит в реакторе при определенной температуре в результате кристаллиза
- 1 019581 ции материала с образованием крупных спекшихся кусков. Эта проблема может дополнительно усложняться из-за того, что газообразные побочные продукты, образовавшиеся в более высокотемпературной области реактора, конденсируются на затвердевшем материале.
Хотя описанные в νθ 2007/109847 реакторы были использованы для производства алюминидов титана, таких как γ-ΤίΛΙ и Τί3Ά1, при определенных условиях (например, необходимых для образования сплавов на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия) эти реакторы нельзя использовать в течение длительных периодов времени и, следовательно, нельзя достигнуть установившегося режима работы и производить материалы с однородным составом.
Автором изобретения было обнаружено, что описываемая здесь конфигурация реактора может выгодным образом позволить эксплуатировать реактор в течение длительных периодов времени, в результате чего он может достигнуть работы в установившемся режиме и производить материалы с однородным составом. В частности, описываемый здесь реактор может быть использован для получения сплавов на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия в установившемся режиме работы.
Используемый здесь термин сплав на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия или подобные ему следует понимать как означающий сплав на основе титана-алюминия, содержащий менее примерно 10-15 мас.% алюминия.
Используемые здесь термины алюминиды титана и интерметаллические соединения титанаалюминия или им подобные следует понимать как означающие сплавы на основе титана-алюминия, содержащие более чем примерно 10-15 мас.% алюминия. Сплавы, содержащие между примерно 10 и 15 мас.% алюминия, могут быть включены в обе категории сплавов на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия и алюминидов титана.
Устройство удаления может, например, представлять собой устройство для встряхивания промежуточной секции с целью сбивания превратившегося в кек материала с поверхности, устройство для соскребания превратившегося в кек материала с поверхности или устройство, приспособленное для сдувания превратившегося в кек материала с поверхности.
В некоторых вариантах реализации первая секция может быть удлиненной, имеющей соответствующие концы, ближайшие ко впуску и промежуточной секции. При эксплуатации первую секцию нагревают так, чтобы температура материала-предшественника увеличивалась до первой температуры по мере того, как он проходит от ближайшего ко впуску конца к ближайшему к промежуточной секции концу. Первая температура может, например, составлять в диапазоне от примерно 300 до примерно 800°С.
В некоторых вариантах реализации вторая секция может быть удлиненной, имеющей соответствующие концы, ближайшие к промежуточной секции и выпуску твердого. При эксплуатации вторую секцию нагревают так, чтобы температура материала увеличивалась до второй температуры по мере того, как он проходит от ближайшего к промежуточной секции конца к ближайшему к выпуску твердого концу. Вторая температура может, например, быть выше 800°С.
В некоторых вариантах реализации промежуточная секция может быть удлиненной. Промежуточная температура может, например, составлять между примерно 300 и примерно 800°С на ближайшем к первой секции конце промежуточной секции и между примерно 400 и примерно 900°С на ближайшем ко второй секции конце промежуточной секции.
Автором изобретения обнаружено, что при получении некоторых сплавов на основе титанаалюминия материалы, движущиеся по реактору, могут срастаться при температурах между примерно 600 и 800°С. Сросшийся материал может образовывать кек на поверхностях внутри реактора, который может забивать реактор и мешать дальнейшему движению материала через реактор. Следовательно, температуру в промежуточной секции выбирают охватывающей диапазон температур, при которых установлено протекание срастания конкретного материала. Затем сросшийся материал может быть удален с поверхности промежуточной секции при помощи устройства удаления, тем самым обеспечивая возможность продолжения движения материала через реактор.
В некоторых вариантах реализации может оказаться желательным минимизировать срастание, и промежуточная секция приспособлена при эксплуатации так, что материал быстро переносят через эту промежуточную секцию (т.е. материал меньше времени проводит при тех температурах, при которых может произойти срастание). Например, в некоторых вариантах реализации первая и вторая секции могут быть удлиненными и, по существу, горизонтальными при эксплуатации, тогда как промежуточная секция является удлиненной и, по существу, вертикальной при эксплуатации. В таких вариантах реализации материал быстро падает через промежуточную секцию под действием силы тяжести, и срастание минимизировано, так как минимум времени проводится в промежуточной секции при тех температурах, при которых может произойти срастание материала.
В некоторых вариантах реализации движитель газа включает в себя источник инертного газа и приспособлен при эксплуатации заставлять инертный газ проходить во вторую секцию и через реактор в обратном материалу направлении и выходить из реактора через выпуск газа. Таким образом, газообразные побочные продукты, полученные в ходе различных реакций, могут быть перенесены в потоке инерт
- 2 019581 ного газа через реактор в обратном материалу направлении прежде, чем они сконденсируются или будут выведены через выпуск газа.
Реактор, обычно, дополнительно включает в себя перемещающее устройство (например, устройство грабельного типа, устройство винтового или шнекового типа или устройство типа ленточного конвейера), выполненное с возможностью заставлять материала двигаться внутри первой секции, перемещаться из первой секции во вторую секцию и двигаться внутри второй секции к выпуску твердого и сборному резервуару.
В некоторых вариантах реализации реактор может дополнительно включать в себя секцию первичных реакций, в которой могут быть осуществлены реакции между тетрахлоридом титана и алюминием с образованием по меньшей мере части материала-предшественника. Секция первичных реакций соединена с первой секцией посредством впуска, так что продукты реакции из секции первичных реакций (наряду с любыми другими материалами, необходимыми для образования сплава на основе титана-алюминия) могут быть легко введены в первую секцию.
В некоторых вариантах реализации количество алюминия в сплаве на основе титана-алюминия составляет между 0,1 и 50% по массе.
Благоприятно, реактор по первому аспекту может быть использован для получения сплава на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия (т.е. сплава на основе титана-алюминия, содержащего менее 10-15% (по массе) алюминия). Прямое получение сплавов на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия из хлоридов титана и алюминия с использованием существующих процессов не всегда возможно.
В некоторых вариантах реализации сплав на основе титана-алюминия может содержать титан, алюминий и один или более дополнительных элементов. Эти один или более дополнительные элементы могут быть независимо выбраны из группы, состоящей из хрома, ванадия, ниобия, молибдена, циркония, кремния, бора, тантала, углерода, олова, гафния, иттрия, железа, меди, никеля, кислорода, азота, лития, висмута, марганца и лантана.
Например, сплав на основе титана-алюминия может быть основан на любой из следующих систем: сплав Т1-А1-У, сплав Τί-ΛΙ-Νό-ί.’. сплав Τί-ΛΙ-Νό-ίτ или сплав Τί-Α1-Χη (т.е. этот сплав включает η дополнительных элементов X), где η меньше 20, а X представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из хрома, ванадия, ниобия, молибдена, циркония, кремния, бора, тантала, углерода, олова, гафния, иттрия, железа, меди, никеля, кислорода, азота, лития, висмута, марганца и лантана.
Во втором аспекте предусмотрен способ получения сплава на основе титана-алюминия. Этот способ включает следующие стадии:
нагревание материала-предшественника, содержащего субхлориды титана и алюминий, вплоть до первой температуры, при которой происходят реакции между субхлоридами титана и алюминием (например, порошком алюминия или чешуйками алюминия), и удаление любого образовавшегося газообразного побочного продукта;
перемещение результирующего материала в промежуточную зону, в которой этот материал нагревают до температуры, при которой по меньшей мере часть материала может срастаться и образовывать кек на поверхности (например, стенке), расположенной в промежуточной зоне;
перемещение не превратившегося в кек материала из промежуточной зоны и нагревание не превратившегося в кек материала до второй температуры, при которой происходят реакции с образованием сплава на основе титана-алюминия, при перемещении любого образовавшегося газообразного побочного продукта в промежуточную зону, где он может сконденсироваться и смешаться с любым кеком на поверхности;
периодическое удаление превратившегося в кек материала с поверхности в промежуточной зоне и нагревание его вместе с не превратившимся в кек материалом до второй температуры.
В некоторых вариантах реализации превратившийся в кек материал удаляют с поверхности в промежуточной зоне путем соскребания с поверхности.
В некоторых вариантах реализации газообразный побочный продукт, образовавшийся наряду со сплавом на основе титана-алюминия, перемещают в промежуточную зону путем пропускания инертного газа в направлении, обратном движению материала.
В некоторых вариантах реализации материал быстро двигают через промежуточную зону (например, под действием силы тяжести), чтобы минимизировать срастание.
В некоторых вариантах реализации по меньшей мере часть материала-предшественника образуется в ходе реакции между тетрахлоридом титана и алюминием, которую осуществляют перед стадией нагревания материала-предшественника.
Сплавы на основе титана-алюминия, полученные в способе по второму аспекту, могут представлять собой любые из сплавов на основе титана-алюминия, описанных выше со ссылкой на первый аспект.
В некоторых вариантах реализации способа по второму аспекту сплав на основе титана-алюминия получают с использованием реактора по первому аспекту.
В третьем аспекте предусмотрен сплав на основе титана-алюминия, полученный с использованием реактора по первому аспекту или способа по второму аспекту.
- 3 019581
Как станет ясно специалистам в данной области, описанные выше реактор и способ могут найти более широкое применение, нежели использование при получении сплавов на основе титана-алюминия. Следовательно, в четвертом аспекте предусмотрен реактор, включающий в себя первую секцию, в которой материал может быть нагрет до первой температуры;
вторую секцию, в которой материал может быть нагрет до второй температуры; и промежуточную секцию между первой и второй секциями, при этом при эксплуатации материал пропускают из первой секции во вторую секцию, а материал внутри промежуточной секции находится при такой температуре, при которой образуются побочные продукты, причем эти побочные продукты могут быть удалены из промежуточный секции.
В еще одном аспекте предусмотрен реактор для получения титанового сплава, включающий в себя первую секцию, содержащую впуск, через который может быть введен материал-предшественник, причем этот материал-предшественник может быть нагрет в первой секции до первой температуры;
вторую секцию, в которой материал может быть нагрет до второй температуры; и промежуточную секцию между первой и второй секциями, при этом материал внутри промежуточной секции может быть нагрет до температуры, при которой побочные продукты могут образовываться и выводиться из промежуточной секции.
В еще одном дополнительном аспекте предусмотрен способ получения титанового сплава, включающий в себя следующие стадии:
нагревание материала-предшественника вплоть до первой температуры, при которой могут начать образовываться нежелательные побочные продукты;
перемещение этого материала в зону, в которой материал далее нагревают до температуры образования нежелательных побочных продуктов;
перемещение материала из этой зоны; и дальнейшее нагревание результирующего материала до второй температуры, при которой образуется титановый сплав.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты реактора и способа, изложенные в разделе Сущность изобретения, будут далее описаны, только в качестве примера, со ссылкой на нижеследующие чертежи, на которых:
на фиг. 1 приведен график, отражающий концентрацию Τι (мас.%) в различных сплавах Τί-Άί как функцию отношения [А1]/[Т1С14] в исходном материале для случая, когда способ, описанный в \УО 2007/109847, осуществляли в периодическом режиме;
на фиг. 2 представлена принципиальная схема реактора в соответствии с одним из вариантов реализации реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения;
на фиг. 3 представлены рентгенодифракционные спектры сплавов на основе титана-алюминия, снятые а) в начале эксперимента, проводимого с вариантом реализации реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения; Ь) через 15 мин после начала эксперимента; с) через 30 мин после начала эксперимента; б) через 45 мин после начала эксперимента (в котором исходные материалы включали 434 мл Т1С14, 20 г УС13 и 137 г тонкодисперсного порошка А1); и на фиг. 4 представлены рентгенодифракционные спектры сплава Т1-А1-У (Τί-7 мас.% А1-3 мас.% V), полученного с использованием варианта реализации реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, и отобранного из реактора в разное время.
Подробное описание
Как описано выше, сплавы на основе титана-алюминия могут быть произведены посредством двухстадийного процесса восстановления, основанного на восстановлении тетрахлорида титана алюминием. На стадии первичных реакций (например, стадии 1, описанной в \УО 2007/109847) Т1С14 восстанавливают А1 (необязательно, в присутствии А1С13) и получают субхлориды титана в соответствии со следующей реакцией:
Т1С14+(1,33+х) А1-/Г1С13+(1+х) А1 + 0, ЗЗЗА1С13 (1) или
Т1С14+(1,33+х)А1-Т1С12+(0, 666+х)А1 + 0, 666А1С13 (1)
Эта реакция может быть осуществлена при температурах ниже 200°С при 1 атм. Реакцию предпочтительно осуществляют при температурах ниже 150°С, а более предпочтительно при температурах ниже температуры кипения Т1С14 (136°С).
На стадии 2 материал-предшественник в виде продуктов реакции (1) с добавлением, если нужно, дополнительного алюминия (например, порошка алюминия или чешуек алюминия) обрабатывают при температурах между 200 и 1300°С (предпочтительно между 200 и 1000°С), что ведет непосредственно к получению сплавов на основе титана-алюминия в соответствии со следующей (упрощенной) схемой реакции:
Т1С13+(1+х) А1-.Т1-А1Х+А1С13 (2) или
Т1С12+(0,666+х)Α1-»Τί-Α1χ+0, 666А1С13 (2)
- 4 019581
Термодинамика и кинетика реакций между Т1С12 и А1 аналогичны реакциям между Т1С13 и А1. Здесь и далее для простоты будет использована упрощенная форма реакции (2):
Реактор по первому аспекту и способ по второму аспекту, изложенным в разделе Сущность изобретения, относятся к стадии 2 этого процесса. В вариантах реализации, в которых реактор дополнительно включает в себя секцию первичных реакций, реакции стадии 1 (т.е. реакции между тетрахлоридом титана и алюминием с образованием по меньшей мере части материала-предшественника) могут быть осуществлены в секции первичных реакций. Аналогично, в некоторых вариантах реализации способа по второму аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, эти реакции могут быть осуществлены перед стадией нагревания материала-предшественника.
Содержание алюминия в готовом сплаве на основе титана-алюминия может определяться количеством алюминия в исходных материалах. На фиг. 1 представлены результаты, отражающие содержание Т1 в готовом сплаве (произведенном в периодическом режиме с использованием способа, описанного в \νϋ 2007/109847) как функции молярного отношения [А1]/[Т1С14] в исходных материалах реакции 1. Использованный А1 был в форме порошка с размером частиц менее 15 мкм. На фиг. 1 показано, что содержание алюминия в готовом сплаве (содержание А1 равно 100 - содержание Т1) может варьироваться от нескольких процентов, как в сплавах на основе Т1-А1 с низким содержанием алюминия, вплоть до алюминидов титана, таких как у-Т1А1. Результаты, показанные на фиг. 1, также отражают фазовый состав полученных сплавов Т1-А1, и этот состав согласуется с опубликованной фазовой диаграммой бинарной системы Т1-А1.
Сплавы на основе титана-алюминия с содержанием А1 менее 10-15 мас.% могут быть получены только в том случае, если содержание А1 в исходных материалах меньше нормальных стехиометрических условий, необходимых для реакции 2. Для сплавов с содержанием А1 менее 6 мас.% отношение [А1]/[Т1С14] в исходных материалах меньше 60%. Если исходные материалы реакции 1 обрабатывали без какой-либо рециркуляции, то может прореагировать максимум 60% доступного Т1С14, а остальные 40% останутся в форме хлорида титана. В результате соответствующий выход за один проход может составить около 50%. Остальные 50% в этом случае нужно будет собирать и рециркулировать. Здесь выход за один проход определяется как отношение количества титана в произведенном сплаве к количеству титана в исходном Т1С14.
Как видно из результатов на фиг. 1, состав готового сплава на основе титана-алюминия может быть определен регулированием количества А1 в исходных материалах, что показано на фиг. 1 посредством молярного отношения алюминия к тетрахлориду титана [А1]/[Т1С14].
Для получения алюминидов титана присутствие большого количества алюминия облегчает полное прохождение реакций между хлоридами титана и алюминием, и в результате выход может быть очень большим, приближающимся к 100%. Например, для получения у-Т1А1, при котором идет реакция Т1С14+2,333А1^Т1А1+1,333А1С13, имеют место минимальные потери, и в исходных материалах молярное отношение [А1]/[Т1С14] должно быть очень близким к стехиометрическому отношению 2,333.
Для получения сплавов титана-алюминия с содержанием А1 менее 10 мас.% молярное отношение [А1]/[Т1С14], используемое в реакции 1, должно быть меньше стехиометрических требований реакции 2, и продукты реакции 1 (т.е. материал-предшественник в первой секции) должны содержать избыточные хлориды титана. По мере продвижения этих материалов к высокотемпературной зоне реактора (например, реактора, описанного в νθ 2007/109847) избыточные субхлориды титана сублимируются и выдуваются (обычно, будучи унесенными потоком инертного газа) в низкотемпературные секции реактора, где они снова конденсируются и смешиваются со свежим потоком материалов-предшественников, движущихся через реактор. В результате такого рециркулирования субхлоридов титана отношение [А1]/[Т1С14] для материала, поступающего в высокотемпературную зону, уменьшается. Результаты на фиг. 1 позволяют предположить, что такое снижение [А1]/[Т1С14] должно привести к более низкой концентрации алюминия в готовом сплаве на основе титана-алюминия.
Хотя можно было бы ожидать, что рециркуляция субхлоридов титана является присущей этому реактору, автором изобретения обнаружено, что при некоторых рабочих условиях (и особенно тех, когда желательно получить сплавы на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия) рециркуляция может быть затруднена спеканием/затвердеванием материалов внутри реактора по мере того, как эти материалы в реакторе приближаются к требованиям для сплавов с низким содержанием А1. Автором изобретения обнаружено, что при некоторых рабочих условиях материалы, движущиеся через реактор, могут затвердевать при температурах между 600 и 800°С, что может забивать реактор и предотвращать дальнейшее движение порошка через трубу реактора. Такое затвердевание, здесь и далее также именуемое срастание, происходит в результате кристаллизации материалов в диапазоне температур от 600 до 800°С с образованием крупных спекшихся кусков.
Затвердевшие материалы в зоне срастания состоят из смеси частиц субхлоридов титана, А1, Т1 и Т1А1Х. Эта смесь является самовоспламеняющейся, ей трудно и опасно манипулировать.
Автором изобретения также обнаружено, что субхлориды титана, испарившиеся из материала в вы
- 5 019581 сокотемпературной зоне, также могут вносить свой вклад в накопление материала, поскольку пар, выходящий из горячей зоны при температурах более 800°С, снова конденсируется в более низкотемпературной зоне при температурах менее 800°С. Сконденсировавшиеся снова материалы могут образовывать толстое покрытие на стенке реактора или сросшемся материале, что еще более затрудняет или предотвращает движение материала внутри реактора.
Если функционирование устройства, используемого для перемещения материалов внутри трубы реактора, блокируется затвердевшими материалами, обрабатываемый порошок сплава, находящийся в высокотемпературной зоне реактора, может оставаться при высоких температурах слишком длительные периоды времени, что ведет к образованию крупных спекшихся кусков губчатого металла, еще более усугубляющему проблемы закупоривания.
Реактор и способы, изложенные в разделе Сущность изобретения, были разработаны с целью преодоления вышеописанных проблем затвердевания/спекания и обеспечивают возможность производства титановых сплавов с низким содержанием А1 в непрерывном режиме. Как указано выше, реактор для получения сплава на основе титана-алюминия включает в себя первую, промежуточную и вторую секции, а также движитель газа и устройство удаления. Каждый из этих компонентов далее описан более подробно.
В первой секции имеется впуск, через который может быть введен материал-предшественник, содержащий субхлориды титана и алюминий (например, порошок алюминия или чешуйки алюминия). Материал-предшественник может быть введен непосредственно в первую секцию через впуск или, в тех вариантах реализации, где реактор дополнительно включает секцию первичных реакций, описанные выше реакции стадии 1 (т.е. реакции между тетрахлоридом титана и алюминием, которые формируют по меньшей мере часть материала-предшественника) могут быть проведены в секции первичных реакций, а их продукты поданы в первую секцию через впуск (наряду с любым другим материалом, необходимым для получения желательного сплава).
Алюминий может присутствовать в форме порошка с приблизительным верхним размером зерен менее примерно 50 мкм. В качестве альтернативы, алюминий может присутствовать в форме чешуек с толщиной в одном измерении менее примерно 50 мкм. В качестве альтернативы, крупные частицы алюминия перед подачей в первую секцию могут быть размолоты, как более подробно описано далее.
Также возможно включение в материал-предшественник одного или более источника(ов) дополнительного элемента(ов) путем смешивания источника(ов) дополнительного элемента(ов) с субхлоридами титана и алюминием с целью получения сплавов на основе титана-алюминия с желательным составом. Однако в некоторых вариантах реализации источник(и) дополнительного элемента(ов) может(могут) быть введен(ы) на различных технологических стадиях. Например, в некоторых вариантах реализации источник(и) дополнительного элемента(ов) может(могут) быть размолот(ы) вместе с исходным алюминием, как более подробно описано далее. В других вариантах реализации источник(и) дополнительного элемента(ов) вводят в секцию первичных реакций (т.е. при реагировании Т1С14 с алюминием). В некоторых вариантах реализации источник(и) дополнительного элемента(ов) может(могут) быть добавлен(ы) в материал в промежуточной секции или во второй секции.
В тех вариантах реализации, где желательно получить сплавы на основе титана-алюминия, содержащие ванадий, к материалам-предшественникам могут быть добавлены, например, хлорид ванадия (УС14) и/или субхлориды ванадия, такие как трихлорид ванадия (УС13) и/или дихлорид ванадия (УС12), и готовый сплав на основе титана-алюминия будет содержать ванадий. Например, может быть получен сплав Т1-6А1-4У (т.е. титан с 6 мас.% алюминия и 4 мас.% ванадия, который, в силу своего состава, обладает улучшенными свойствами металла, такими как лучшие сопротивление ползучести, усталостная прочность и способность выдерживать более высокие рабочие температуры).
Источник дополнительного элемента может представлять собой, например, галогенид металла, субгалогенид металла, чистый элемент или другое соединение, которое содержит этот элемент (предпочтительно - галогениды металла, а более предпочтительно - хлориды металла). Этот источник также может включать источник других предшественников, содержащих необходимую легирующую добавку, в зависимости от требуемого конечного продукта. Источник дополнительного элемента может присутствовать в твердой, жидкой или газообразной форме. Когда источник дополнительного элемента представляет собой галогенидное химическое соединение со свойствами, подобными субхлоридам титана, процесс рециркуляции, описанный здесь в отношении субхлоридов титана во второй и промежуточной секциях, также может происходить с этими дополнительными элементами. Например, для производства Т1-6А14У, когда источником ванадия является трихлорид ванадия, УС13 и УС12 могут вести себя похожим с Т1С13 и Т1С12 образом, и в рециркуляции, имеющей место внутри реактора, могут участвовать как субхлориды титана, так и субхлориды ванадия.
Как отмечено выше, источник(и) дополнительного элемента(ов) может(могут) быть смешан(ы) с исходным предшественником - тетрахлоридом титана и А1, во время размола порошка А1. Размол порошка А1 может быть осуществлен при помощи сухого размола сухого порошка А1 с ПАВ А1С13 (и, необязательно, другим(и) источником(ами) дополнительного элемента(ов)). А1С13 используют в качестве
- 6 019581 катализатора, и, следовательно, его использование в качестве ПАВ вполне приемлемо, поскольку он делает возможным получение тонкодисперсного порошка и А1, и А1С13.
В качестве альтернативы, порошок А1 можно размалывать под жидким Т1С14 при комнатной температуре. При этом снижается опасность, связанная с получением на стадии размола порошка А1 без покрытия. Кроме того, размол под Т1С14 делает возможными реакции между Т1С14 и А1, ведущие к образованию субхлоридов титана, следовательно, снижаются технологические требования к получению субхлоридов титана по реакции 1, как обсуждалось выше.
При эксплуатации первую секцию нагревают до первой температуры, при которой могут происходить реакции между субхлоридами титана и алюминием. В результате этой реакции в реакционной зоне остается порошок Т1-содержащих химических соединений, содержащий определенную процентную долю алюминия, требуемую для конечного продукта. Первая температура будет зависеть от природы материалов в первой секции и желательного титаноалюминиевого сплава, но обычно будет составлять в диапазоне между примерно 300 и примерно 800°С, предпочтительно между примерно 400 и примерно 700°С, более предпочтительно между примерно 450 и примерно 600°С.
В первой секции также имеется выпуск газа, через который могут быть удалены любые газообразные побочные продукты, образовавшиеся при нагревании материала-предшественника в первой секции (например, газообразный хлорид алюминия). Через выпуск газа будет также удаляться инертный газ, который может быть приведен в движение через реактор, как описано ниже.
В некоторых вариантах реализации реактор может включать множество впусков газа, предназначенных для того, чтобы предотвратить попадание газообразных побочных продуктов внутри реактора на уплотняющие детали, расположенные в различных местах соединений в реакторе, и повреждение ими этих деталей.
Хлорид алюминия, удаленный из первой секции, может, если нужно, быть рециркулирован для дальнейшего повторного использования (например, путем конденсирования в некой камере после удаления из первой секции).
В некоторых вариантах реализации первая секция является удлиненной и имеет соответствующие концы, ближайшие к впуску и промежуточной секции. При эксплуатации первую секцию нагревают так, чтобы температура материала-предшественника увеличивалась до первой температуры по мере того, как он проходит от ближайшего к впуску конца к ближайшему к промежуточной секции концу.
Реактор, обычно, дополнительно включает в себя перемещающее устройство, выполненное с возможностью приводить материал в движение внутри первой секции, перемещать его из первой секции во вторую секцию (т.е. через промежуточную секцию) и продвигать внутри второй секции к сборному резервуару. Обычно перемещающее устройство обеспечивает в целом непрерывный поток материалов через реактор. Перемещающее устройство может представлять собой любое подходящее устройство для перемещения материала через первую, промежуточную и вторую секции, при условии, что оно способно выдерживать высокие рабочие температуры. Например, перемещающее устройство может представлять собой устройство грабельного типа (более подробно описанное ниже), устройство винтового (или шнекового) типа или устройство типа ленточного конвейера.
В зависимости от расположения первой промежуточной и второй секций в реакторе для перемещения материала от впуска до выпуска может потребоваться два или более перемещающих устройства. Например, реактор может включать одно устройство грабельного типа в первой секции для перемещения материала от впуска материалов-предшественников до выхода из первой секции на пересечении с промежуточной секцией и второй грабельный механизм во второй секции для перемещения материала от входа второй секции на пересечении с промежуточной секцией к выпуску во второй секции, из которого может быть собран титаноалюминиевый сплав. В некоторых вариантах реализации может потребоваться третий грабельный механизм для перемещения материала через промежуточную секцию.
При эксплуатации вторую секцию нагревают до второй температуры, при которой материал, перемещенный из первой секции (через промежуточную секцию), может реагировать с образованием сплава на основе титана-алюминия. Вторая температура будет зависеть от природы материалов во второй секции и желательного титаноалюминиевого сплава, но обычно будет составлять свыше 800°С, предпочтительно свыше 900°С, более предпочтительно свыше 950°С.
Реакции во второй секции основаны, главным образом, на реакциях твердое-твердое между субхлоридами титана и соединениями А1. Однако при температуре выше 600°С, где субхлориды титана могут разлагаться и сублимироваться, приводя к присутствию газообразных веществ Т1С14 (г), Т1С13 (г) или Т1С12 (г), могут происходить реакции газ-твердое между этими веществами и соединениями на основе А1 в твердых материалах. Для получения сплавов с высоким содержанием алюминия, таких как алюминиды титана, максимальные температуры во второй секции около 800°С могут быть достаточными для завершения реакций между хлоридами титана и алюминием. Однако это может привести к получению очень тонкодисперсного порошка сплава и/или высокому уровню остаточного хлора в полученном порошке сплава. Поэтому реакции во второй секции, обычно, лучше осуществлять при более высоких температурах, чтобы получать более плотные продукты. Не говоря уже о том, что при осуществлении при
- 7 019581
600°С реакции идут довольно медленно.
Реактор также имеет движитель газа для приведения в движение любого газообразного побочного продукта (например, газообразного хлорида титана), образовавшегося в ходе реакций во второй секции, в направлении из второй секции (т.е. в направлении первой и промежуточной секций). Поскольку температура в промежуточной секции холоднее, любой газообразный хлорид титана, захваченный в поток газа, будет стремиться сконденсироваться в этой секции, как будет более подробно описано далее.
Так как материалы в реакторе часто являются самовоспламеняющимися и опасными в обращении, движитель газа будет обычно включать в себя источник инертного газа (например, гелия или аргона) и будет приспособлен заставлять инертный газ проходить в реактор через вторую секцию (например, через впуск газа, расположенный в самой дальней от промежуточной секции части второй секции) и через реактор в обратном материалу направлении до тех пор, пока он, в конечном счете, не выйдет из реактора через выпуск газа. Этот обратный поток газа также может увеличивать теплопроводность внутри реакционной зоны.
Обычно, движитель газа будет в виде вентилятора, который продувает инертный газ через реактор. Однако следует понимать, что для приведения газа в движение из второй секции может быть использован любой механизм (например, небольшое избыточное давление, вытяжка или конвекция).
В некоторых вариантах реализации вторая секция является удлиненной и имеет соответствующие концы, ближайшие к промежуточной секции и выпуску твердого. При эксплуатации вторую секцию нагревают так, чтобы температура материала увеличивалась до второй температуры по мере того, как он проходит от ближайшего к промежуточной секции конца к ближайшему к выпуску твердого концу. Производимый в реакторе титаноалюминиевый сплав может быть собран из выпуска твердого в сборный резервуар и охлажден.
Промежуточная секция расположена между первой и второй секциями. При эксплуатации промежуточную секцию нагревают до промежуточной температуры, при которой материал, перемещенный из первой секции, может срастаться и образовывать кек на поверхности (например, стенки) промежуточной секции и при которой любой газообразный побочный продукт, образовавшийся в ходе реакций во второй секции, может быть принят и сконденсирован.
Промежуточная секция обычно является удлиненной, а промежуточная температура составляет между примерно 300 и примерно 800°С (предпочтительно, между примерно 500 и примерно 700°С, более предпочтительно примерно 600°С) на ближайшем к первой секции конце промежуточной секции и между примерно 400 и примерно 900°С (предпочтительно, между примерно 500 и примерно 800°С) на ближайшем ко второй секции конце промежуточной секции.
В некоторых вариантах реализации является желательным, чтобы материал в реакторе быстро проходил через промежуточную секцию с целью сведения к минимуму времени, которое этот материал находится при такой температуре, при которой он может срастаться. Материал может быть принуждаем быстро проходить через промежуточную секцию при помощи любого механизма (например, относительно быстро перемещающегося устройства), но в предпочтительных вариантах реализации первая и вторая секции являются удлиненными и, по существу, горизонтальными при эксплуатации, а промежуточная секция является удлиненной и, по существу, вертикальной при эксплуатации. Таким образом, материал под действием силы тяжести быстро перемещается из первой секции во вторую секцию через промежуточную секцию.
Наконец, реактор по первому аспекту имеет устройство удаления для снятия превратившегося в кек материала с поверхности (например, стенки) промежуточной секции. Устройство удаления может представлять собой любое устройство, пригодное для удаления кека с поверхности. Например, устройство удаления может представлять собой устройство для встряхивания промежуточной секции с целью сбивания превратившегося в кек материала со стенки (например, ультразвуковой вибратор), устройство для соскребания превратившегося в кек материала со стенки (например, подвижный или вращающийся скребок или лопатку) или устройство, приспособленное для сдувания превратившегося в кек материала со стенки. Устройство удаления может также включать в себя сочетание любых из этих устройств. Устройство удаления может приводиться в действие вручную пользователем или автоматически с использованием компьютера.
В некоторых вариантах реализации устройство удаления может также включать в себя устройство, предназначенное для резкого охлаждения газообразных субхлоридов титана, поступающих в промежуточную секцию из второй секции, и для предотвращения осаждения паров на стенке реактора.
Обычно, превратившийся в кек материал, удаленный с поверхности в промежуточной секции, перемещают во вторую секцию. Кек, удаленный с поверхности в промежуточной секции, содержит сросшийся материал и сконденсировавшийся газообразный побочный продукт, образовавшийся в ходе реакций во второй секции (например, субхлориды титана). Эти материалы могут далее реагировать друг с другом с образованием титаноалюминиевого сплава с желаемым составом.
Как будет понятно специалистам в данной области, при периодическом удалении кека со стенки промежуточной зоны материал не может накапливаться до такой степени, когда реактор закупоривается,
- 8 019581 и поэтому может быть достигнута непрерывная работа реактора. Кроме того, поскольку хлориды титана эффективно рециркулируются в материал, поступающий во вторую секцию, как описано выше, реактор может быть использован для непрерывного получения титаноалюминиевых сплавов с низким содержанием алюминия в, по существу, непрерывном процессе.
В компетенцию специалистов в данной области входит определение того, как часто нужно удалять кек с поверхности в промежуточной секции. Это будет зависеть от природы материалов в реакторе, состава готового сплава и рабочих температур.
Время пребывания материала в соответствующих секциях реактора может быть определено на основании известных специалистам в данной области факторов, таких как состав и свойства требуемых конечных продуктов. Например, для алюминидов титана с относительно высоким содержанием А1 нужно лишь краткое пребывание при второй температуре (например, 1000°С). Однако в случае порошкообразных продуктов с низким содержанием А1, таких как Т1-6А1, имеется избыток субхлоридов титана, которые необходимо удалить из порошка до того, как он переместится к выпуску твердого. Для этого нужно подвести больше тепла и материал должен дольше оставаться при 1000°С, чтобы минимизировать содержание хлора в готовом сплаве.
Количество алюминия в сплаве на основе титана-алюминия, который может быть произведен с использованием реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, или способа по второму аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, может, например, составлять между 0,1 и 50% от массы сплава или соединения. Как будет понятно специалистам в данной области, такие сплавы на основе титана-алюминия могут представлять собой титаноалюминиевые сплавы с низким содержанием алюминия (т.е. менее 10-15 мас.%). В некоторых вариантах реализации сплав может содержать между 0,1 и 15 мас.% А1, между 0,1 и 10 мас.% А1, между 0,1 и 9 мас.% А1, между 0,5 и 9 мас.% А1 или между 1 и 8 мас.% А1. В некоторых вариантах реализации сплав может содержать 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 8 или 10 мас.% А1.
Сплавы на основе титана-алюминия, которые могут быть произведены с использованием реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, или способа по второму аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, включают сплавы на основе титана-алюминия-(одного или более дополнительных элементов) (т.е. сплавы на основе титана-алюминия, содержащие титан, алюминий и один или более дополнительных элементов). Такие сплавы могут содержать титан, алюминий и любой другой дополнительный элемент или элементы, которые, как ясно специалистам в данной области, могут быть введены в сплав, такие как, например, металлические или сверхпроводящие элементы. К типичным элементам относятся хром, ванадий, ниобий, молибден, цирконий, кремний, бор, тантал, углерод, олово, гафний, иттрий, железо, медь, никель, кислород, азот, литий, висмут, марганец и лантан.
Например, сплав на основе титана-алюминия может быть основан на системе сплава Т1-А1-У, сплава Т1-А1-ИЪ-С, сплава Т1-А1-ИЪ-Сг или сплава Т1-А1-Хп (где η означает число дополнительных элементов X и составляет менее 20, а X представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из хрома, ванадия, ниобия, молибдена, циркония, кремния, бора, тантала, углерода, олова, гафния, иттрия, железа, меди, никеля, кислорода, азота, лития, висмута, марганца и лантана).
Конкретными примерами сплавов на основе титана-алюминия, которые могут быть произведены с использованием реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, или способа по второму аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, являются:
Τί-6Α1-4ν, Τί-10ν-2Εε-3Ά1, Т1-13У-11СгЗА1, Τί-2,25Α1-115π-5Ζγ-1Μο-0,23ϊ, Τί-3Α1-2,5ν, Τί-3Α1-8ν-6θΓ4Μο-4Ζγ, Т1-5А1-25п-2гг~4Мо-4Сг, Τ1-5Α1-2,55η, Τί-5Α1-55η-2ΖΓ2Μο-0,253ί, Т1-бА1-2ЫЬ-1Та-1Мо, Т1-6А1-23п-22г-2Мо-2Сг-0,2531,
Τί“6Α1-25η-4Ζτ-2Μο, Τί-6Ά1-25η-4ΖΕ-6Μο, Т1-6А1-25П-1,5Ζγ-1Μο0,35Βϊ-0,15Ϊ, Τί-6Α1-6ν-23η-0,75Си, Τϊ-7Α1-4Μο, Τί-8Α1-1Μο-ΐν или Τί-8Μο-8ν-2Ρθ-3Α1.
Сплавы на основе титана-алюминия, произведенные с использованием реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, или способа по второму аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, могут быть в форме тонкодисперсного порошка, агломерированного порошка, частично спеченного порошка или губчатого материала. Этот продукт может быть выгружен из выпуска твердого для дальнейшей обработки (например, для получения других материалов). В качестве альтернативы, порошок может быть нагрет с целью получения крупнозернистого порошка или уплотнен и/или нагрет и затем расплавлен с целью получения слитка. Выгодно получать сплавы на основе титанаалюминия в порошкообразной форме. Порошкообразная форма намного более универсальна в производстве продуктов из сплавов на основе титана-алюминия, например, профилированных лопаток вентиляторов, которые могут быть использованы в авиационно-космической промышленности.
Хотя это и не составляет обязательным образом часть способа по второму аспекту в его наиболее
- 9 019581 общей форме, целесообразно кратко описать то, как материал-предшественник, содержащий субхлориды титана и алюминий, может быть получен в ходе реакции, являющейся предварительной перед стадией нагревания материала-предшественника. Эти реакции являются, по существу, теми же самыми, что и описанные в \УО 2007/109847.
В секции первичных реакций алюминиевые материалы вводят вместе с надлежащим количеством Т1С14 в сосуд с целью осуществления первичных реакций (т.е. реакции 1, приведенной выше) для получения сплава на основе титана-алюминия. В конце этой стадии восстановления оставшийся непрореагировавшим Т1С14 может быть собран отдельно от полученного твердого материала-предшественника Т1С13-А1-А1С13 для рециркулирования. В некоторых вариантах реализации алюминий также может быть тщательно смешан с безводным хлоридом алюминия А1С13 прямо перед добавлением к Т1С14. Преимущества использования некоторого количества А1С1з в качестве катализатора будут вкратце обсуждены более подробно.
Смесь Т1С14 и А1, необязательно с А1С13 в качестве катализатора, нагревают вместе с надлежащим количеством А1 с тем, чтобы получить промежуточный твердый порошок Т1С13-А1-А1С13. В некоторых вариантах реализации температура нагревания может быть ниже 200°С. В некоторых вариантах реализации эта температура нагревания может быть даже ниже 136°С, так что преобладающими являются реакции твердое-жидкость между Т1С14 и А1 (т.е. ниже температуры кипения Т1С14, равной 136°С). Смесь Т1С14-А1-А1С13 можно перемешивать во время нагревания в первой реакционной зоне с тем, чтобы результирующие продукты Т1С13-А1-А1С13 были порошкообразными и однородными. При добавлении некоторого количества алюминия в избытке относительно стехиометрического количества, необходимого для восстановления Т1С14 до Т1С13, весь тетрахлорид титана может быть восстановлен с образованием результирующих продуктов Т1С13-А1-А1С13, что означает, что может отсутствовать необходимость добавления какого-либо дополнительного количества алюминия для получения материала-предшественника для реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, или способа по второму аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения. В некоторых вариантах реализации Т1С14 и/или твердые реагенты А1 и, необязательно, А1С13 постепенно подают в реакционный сосуд. Во всех вариантах реализации в исходную смесь Т1С14-А1-А1С13 могут быть добавлены источники дополнительных элементов.
Устройство, которое может быть использовано для осуществления этой предварительной реакции, включает сосуды-реакторы, которые пригодны для эксплуатации в периодическом или в непрерывном режиме при температуре ниже 200°С. Рабочее давление в таком реакторе может составлять несколько атмосфер, но обычно составляет около 1 атм. Хлорид алюминия имеет температуру сублимации около 160°С, и поскольку желательно удерживать хлорид алюминия в растворе, в некоторых вариантах реализации реакции проводят при температуре около 160°С. Поскольку хлорид алюминия действует как катализатор реакции между хлоридом титана и алюминием, в таких вариантах реализации автором изобретения обнаружено, что при поддержании температуры ниже температуры сублимации хлорида алюминия твердая фаза хлорида алюминия остается в реакционной зоне, позволяя происходить реакциям на развитой поверхности частиц, а не присутствует в газообразной форме.
Один вариант реализации реактора по первому аспекту, изложенному в разделе Сущность изобретения, будет далее описан со ссылкой на фиг. 2, на которой показан реактор (100). Реактор (100) был разработан для преодоления описанных выше проблем затвердевания/спекания и, следовательно, позволяет получать сплавы на основе титана-алюминия с низким содержанием А1 (т.е. менее 10-15 мас.%) в непрерывном режиме. Реактор образован тремя секциями: первой секцией (1), промежуточной секцией (3) и второй секцией (2).
Первая секция (1) состоит из горизонтальной трубы, расположенной внутри печи (не показана), способной нагревать эту трубу до температур в диапазоне от 30°С на одном конце (11) (левом конце на фигуре) вплоть до 800°С на другом конце (12) (правом конце на фигуре). В первой секции (1) имеется впускное отверстие (4), которое образует собой точку входа в реактор (100) для материаловпредшественников в форме промежуточных продуктов Т1С13-А1-А1С13 (6), которые могут быть получены в секции первичных реакций (не показана). В первой секции (1) также имеется выпуск газа в форме газоотводного канала (5), где газообразные побочные продукты, образовавшиеся при нагревании реагентов в различных секциях, могут выйти из реактора (наряду с описанным ниже инертным газом).
Промежуточные продукты Т1С13-А1-А1С13 (6) поступают в первую секцию (1) реактора (100) через отверстие (4) и перемещаются через первую секцию (1) с помощью грабельного механизма (не показан), имеющего ряд полукруглых дисков-скребков, закрепленных на стержне, простирающемся вдоль оси первой секции (а также во второй секции (2), как будет описано далее). Скребки грабельного механизма представляют собой полукруглые диски из металла или сплава с хорошей стойкостью к воздействиям присутствующих в реакторе химических веществ (например, из молибдена или некоторых марок нержавеющей стали), каждый из которых прикреплен к стержню. В одном конкретном варианте реализации грабельный механизм может иметь ряд скребков, каждый из которых отстоит от соседнего скребка на подходящее расстояние (например, 40 мм). Материалы в первой секции (1) могут перемещаться под дей
- 10 019581 ствием возвратно-поступательных движений грабельного механизма, гребущего количества материала и продуктов его реакции вдоль днища трубы. При эксплуатации грабельный механизм тянут по оси наружу в одном направлении (от конца (11) к концу (12) на фигуре), и в это время скребки направлены вниз так, что каждый скребок может перемещать дискретное количество материала на короткое расстояние вдоль днища реактора. По мере того как каждый из скребков достигает заданного предела своего хода вдоль днища трубы (например, 40 мм), стержень поворачивают и, таким образом, поворачивают скребки так, что каждый из них располагается вертикально вверх. В этом положении скребки могут быть затем втолкнуты по оси внутрь в реактор (от конца (12) к концу (11) на фигуре) обратным ходом на расстояние 40 мм, не контактируя при этом с материалом, расположенном на днище реактора. Затем стержень поворачивают так, что скребки снова направлены вертикально вниз, занимая свое исходное положение.
Затем процесс движения грабельного механизма и его скребков может быть повторен в возвратнопоступательном режиме, обеспечивая дискретный перенос материалов от впуска (4) к промежуточной секции (3). Когда грабельный механизм эксплуатируют в режиме непрерывного возвратнопоступательного движения, поток материалов через реактор можно рассматривать как в целом непрерывный. Частота этих движений определяет время пребывания материалов при соответствующих температурах внутри реактора, зависящее от требуемого конечного продукта. Временные интервалы, скорость и частоту этих движений можно регулировать автоматически системой управления. В этой системе используется компьютер, который может быть соединен с системой мониторинга, которое отслеживает некоторое физическое свойство либо реактора, либо продуктов реакции с целью максимизации эффективности реакции.
Промежуточная секция (3) состоит из вертикальной трубы, соединяющей выход первой секции (1) со впуском второй секции (2). Материалы транспортируются через промежуточную секцию (3) только под действием силы тяжести, поэтому проводят внутри промежуточной секции (3) мало времени. В промежуточной секции (3) также имеется очистное устройство со скребком (7) кольцевого типа, который выполнен с возможностью двигаться вертикально внутри трубы промежуточной секции (3), соскребая материалы, которые высажены на внутренних стенках промежуточной секции (3), и насыпая их на впуске описываемой далее второй секции (2). Этот скребок приводится в действие снаружи, например, пользователем, при помощи рукоятки.
Температура промежуточной секции (3) составляет от 300-800°С (например, 600°С) в ее верхней части (12) (например, рядом с выходом первой секции (1)) до 400-900°С (например, 800°С) в ее нижней части (13) (т.е. рядом с впуском второй секции (2)). Промежуточная секция (3) включает в себя такую температурную зону, где может происходить срастание/затвердевание материала (6), а геометрическая конфигурация трубы и скребка (7) позволяет удалять такие затвердевшие материалы, причем вертикальный скребок (7) пригоден для непрерывного удаления затвердевших материалов со стенки.
Вторая секция (2) состоит из горизонтальной трубы, расположенной внутри печи, способной нагревать эту трубу до температур в диапазоне от 700-900°С у ее впуска (13) до более чем 1000°С в центральном сечении трубы. Порошок материала, который был обработан в первой секции (1) и промежуточной секции (3), транспортируют через вторую секцию (2) реактора (например, при помощи грабельного механизма, описанного выше), а готовый сплав на основе титана-алюминия транспортируют в специально предназначенный для этого сборный резервуар (8), расположенный возле дальнего конца (14) второй секции (2).
Движитель газа (не показан) используют для вдувания инертного газа в конец (14) второй секции (2) , который затем протекает через реактор (100) в направлении, противоположном движению порошка (т.е. через вторую секцию (2), промежуточную секцию (3) и первую секцию (1), где он выходит из реактора (100) через газоотводный канал (5)). Расход инертного газа должен быть достаточно большим, чтобы предотвратить диффузию газообразных хлористых веществ в направлении потока материала, и чтобы заставить субхлориды титана, испарившиеся из высокотемпературной зоны во второй секции (2), уносится потоком инертного газа в области с более низкой температурой, где они могут сконденсироваться снова. Испарившиеся в высокотемпературной зоны субхлориды титана главным образом конденсируются в промежуточной секции (3), где они смешиваются со свежими материалами, движущимися к высокотемпературной области реактора, а также материалами, счищенными со стенки промежуточной секции (3) , где они могут снова реагировать. Таким образом, вызывают увеличение доли титана в материале, способствуя образованию сплавов на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия.
Концентрация А1 в получаемых при установившемся режиме продуктах зависит от сочетания факторов, в том числе количества А1 в исходных материалах, расхода материалов через реактор, температурных профилей реактора и потерь, связанных с реакциями диспропорционирования во второй секции (2) реактора.
Другим путем содействия минимизации срастания/затвердевания в промежуточной секции (3) было бы резкое охлаждение газообразных субхлоридов титана на дне промежуточной секции (3) при их выходе во вторую секцию (2) (т.е. у конца (13)). В результате резкого охлаждения газообразные субхлориды титана превращаются в порошок, который легко смешивается с входящим потоком свежих материалов,
- 11 019581 падающих вертикально вниз в промежуточной секции (3).
Как будет понятно, реактор (100) обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с существующими реакторами для получения сплавов на основе титана-алюминия. Например, реактор (100) позволяет непрерывно рециркулировать избыточные хлориды титана и использовать исходные материалы с отношением [А1]/[Т1С14], близким к 1,33 (стехиометрическое отношение для получения чистого Τι) в качестве материалов-предшественников для получения сплавов на основе титана-алюминия с низким содержанием А1. В этом процессе также можно избежать необходимости отдельно собирать и рециркулировать Т1С13, что упрощает весь процесс в целом и позволяет увеличить выход с примерно 50% при периодическом режиме работы до более чем 90% в реакторе непрерывного действия.
Реактор (100) также обеспечивает лучшее управление экспериментальными параметрами, влияющими на свойства конечных продуктов для всех сплавов на основе титана-алюминия, включая алюминиды титана. Например, материалы могут подвергаться обработке с разными временами пребывания в первой секции (1) и второй секции (2), что позволяет оптимизировать реакции при различных температурах в реакторе. Для алюминидов титана, например, реакция между Т1С1Х и А1 может потребовать высокотемпературной обработки при более чем 900°С лишь с короткими временами пребывания - только для удаления остаточных хлоридов в порошке. Реактор (100) делает такую обработку возможной посредством регулирования температурных профилей в первой секции (1), промежуточной секции (3) и второй секции (2), вместе с соответствующими временами пребывания в первой секции (1) и второй секции (2), так чтобы во второй секции (2) время обработки было минимальным по сравнению с первой секцией (1).
Для непрерывного получения сплавов с низким содержанием алюминия менее 10-15 мас.% А1 и с однородным составом, существует необходимость работать с большими количествами материалов и в течение длительного времени, чтобы достичь условий установившегося режима с постоянным составом конечных продуктов. Автором изобретения обнаружено, что в случае продуктов, полученных при нестабильном режиме в начале эксперимента с чистым реактором, содержание алюминия относительно высоко, однако, содержание алюминия уменьшается со временем по мере того, как рециркуляция Т1С13 приближается к стабильному режиму с постоянным отношением [Т1С1Х]:[А1]. Эти результаты представлены на следующих фигурах.
На фиг. 3 представлены рентгенодифрактограммы (ΧΚΌ) порошков на основе Т1-А1, полученных в разное время в эксперименте, который длился 60 мин, начавшись в пустом, предварительно не подготовленном, реакторе. Использованные здесь материалы представляли собой материалы-предшественники Т1С13-А1-А1С13 с отношением [А1]:[Т1С13], равным 1,03 (соответствующим 103% стехиометрического количества А1, необходимого для реакции Т1С13+А1-Т1+А1С13). Эти материалы содержали УС13 в отношении [Т1С13]:[УС13], эквивалентном 90:4.
Рентгенодифрактограммы показывают, что интенсивность линий, соответствующих Т1(А1) (А1, растворенному в Т1), увеличивается по сравнению с линиями, соответствующими Т13А1, указывая на то, что содержание Т1 в конечном продукте со временем повышается. Эти результаты были подтверждены количественным энергодисперсионным рентгеноспектральным (ΕΌΧ) анализом, показавшим, что содержания А1 в материалах, соответствующих фиг. 4, составляли 12, 10, 8 и 7 мас.% соответственно. Содержание ванадия составляет около 3 мас.%.
После достижения установившегося режима состав материалов, собранных на выходе из реактора, становится постоянным. На фиг. 4 показаны примеры рентгенодифрактограмм для образцов, отобранных в разное время при установившемся режиме работы по получению порошка Т1-А1-У. Как легко видеть, эти рентгенодифрактограммы являются, по существу, одинаковыми.
В следующей далее формуле изобретения и в предыдущем описании изобретения, за исключением случаев, когда контекст указывает на иное в силу точных формулировок или необходимо подразумевания, слово включать или такие его варианты, такие как включает в себя или включающий в себя, использованы в смысле включительно, т.е. для обозначения наличия указанных признаков, но не исключая при этом наличия или добавления дополнительных признаков в различных вариантах реализации изобретения.
Приведенная здесь ссылка на документ уровня техники не является признанием того, что этот документ составляет часть общедоступных сведений в данной области техники в Австралии.

Claims (24)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Реактор для получения сплава на основе титана-алюминия, включающий в себя первую секцию, содержащую впускное отверстие для введения материала-предшественника, содержащего субхлориды титана и алюминий, причем эта первая секция выполнена с возможностью нагрева до первой температуры, при которой протекают реакции между субхлоридами титана и алюминием, при этом первая секция дополнительно содержит выпускное отверстие для газа, предназначенное для выведения любых образовавшихся газообразных побочных продуктов;
    вторую секцию, которая выполнена с возможностью нагрева до второй температуры, при которой протекают реакции материала, перемещенного из первой секции, с образованием сплава на основе титана-алюминия;
    механизм для приведения газа в движение, предназначенный для приведения любого газообразного побочного продукта, образовавшегося в ходе реакций во второй секции, в движение в направлении к первой секции;
    промежуточную секцию между первой и второй секциями, причем эта промежуточная секция выполнена с возможностью нагрева до промежуточной температуры, при которой по меньшей мере часть материала, перемещенного из первой секции, срастается и образовывает кек на поверхности промежуточной секции и при которой конденсируется принятый газообразный побочный продукт, образовавшийся в ходе реакций во второй секции;
    устройство удаления для снятия превратившегося в кек материала с поверхности промежуточной секции и перемещения его во вторую секцию.
  2. 2. Реактор по п.1, в котором устройство удаления представляет собой устройство для встряхивания промежуточной секции с целью сбивания превратившегося в кек материала с поверхности, устройство для соскребания превратившегося в кек материала с поверхности или устройство, приспособленное для сдувания превратившегося в кек материала с поверхности.
  3. 3. Реактор по п.1 или 2, в котором первая секция является удлиненной, имеющей соответствующие концы, ближайшие к впускному отверстию и промежуточной секции, при этом первая секция выполнена с возможностью нагрева при ее эксплуатации так, что температура материала-предшественника увеличивается до первой температуры по мере того, как упомянутый материал проходит от ближайшего к впускному отверстию конца к ближайшему к промежуточной секции концу.
  4. 4. Реактор по любому из пп.1-3, в котором первая температура составляет в диапазоне от примерно 300 до примерно 800°С.
  5. 5. Реактор по любому из пп.1-4, в котором вторая секция является удлиненной, имеющей соответствующие концы, ближайшие к промежуточной секции и выпускному отверстию для твердого продукта, при этом вторая секция выполнена с возможностью нагрева при ее эксплуатации так, что температура материала увеличивается до второй температуры по мере того, как он проходит от ближайшего к промежуточной секции конца к ближайшему к выпускному отверстию для твердого продукта концу.
  6. 6. Реактор по любому из пп.1-5, в котором вторая температура составляет выше 800°С.
  7. 7. Реактор по любому из пп.1-6, в котором промежуточная секция является удлиненной.
  8. 8. Реактор по п.7, в котором промежуточная температура составляет между примерно 300 и примерно 800°С на ближайшем к первой секции конце промежуточной секции и между примерно 400 и примерно 900°С на ближайшем ко второй секции конце промежуточной секции.
  9. 9. Реактор по любому из предшествующих пунктов, в котором промежуточная секция выполнена так, что при ее эксплуатации материал быстро перемещается через эту промежуточную секцию.
  10. 10. Реактор по п.9, в котором первая и вторая секции являются удлиненными и, по существу, горизонтальными, а промежуточная секция является удлиненной и, по существу, вертикальной.
  11. 11. Реактор по любому из предшествующих пунктов, в котором механизм для приведения газа в движение приспособлен при эксплуатации продувать инертный газ во вторую секцию и через реактор в обратном материалу направлении и выдувать из реактора через выпускное отверстие для газа.
  12. 12. Реактор по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий в себя перемещающее устройство, выполненное с возможностью перемещать материал внутри первой секции, передавать из первой секции во вторую секцию и перемещать внутри второй секции к сборному резервуару.
  13. 13. Реактор по п.12, в котором перемещающее устройство представляет собой устройство грабельного типа, устройство винтового типа или устройство типа ленточного конвейера.
  14. 14. Реактор по любому из предшествующих пунктов, при этом реактор дополнительно включает в себя секцию первичных реакций, в которой осуществляются реакции между тетрахлоридом титана и алюминием с образованием по меньшей мере части материала-предшественника, причем секция первичных реакций соединена с первой секцией через впускное отверстие.
  15. 15. Способ получения сплава на основе титана-алюминия с использованием реактора по любому из пп.1-14, включающий в себя стадии, на которых нагревают материал-предшественник, содержащий субхлориды титана и алюминий, вплоть до пер
    - 13 019581 вой температуры, при которой протекают реакции между субхлоридами титана и алюминием, и удаляют любой образовавшийся газообразный побочный продукт;
    перемещают результирующий материал в промежуточную зону, в которой этот материал нагревают до температуры, при которой по меньшей мере часть материала может срастаться и образовывать кек на поверхности, расположенной в промежуточной зоне;
    перемещают не превратившийся в кек материал из промежуточной зоны и нагревают не превратившийся в кек материал до второй температуры, при которой протекают реакции с образованием сплава на основе титана-алюминия, при перемещении любого образовавшегося газообразного побочного продукта в промежуточную зону, где он может сконденсироваться и смешаться с любым кеком на поверхности;
    периодически удаляют превратившийся в кек материал с поверхности в промежуточной зоне и нагревают его с не превратившимся в кек материалом до второй температуры.
  16. 16. Способ по п.15, в котором превратившийся в кек материал удаляют путем соскребания с поверхности.
  17. 17. Способ по п.15 или 16, при котором газообразный побочный продукт, образовавшийся вместе со сплавом на основе титана-алюминия, перемещают в промежуточную зону путем приведения в движение инертного газа в направлении, обратном движению материала.
  18. 18. Способ по любому из пп.15-17, в котором материал быстро перемещают через промежуточную зону.
  19. 19. Способ по любому из пп.15-18, в котором алюминий в материале-предшественнике присутствует в виде порошка алюминия или чешуек алюминия.
  20. 20. Способ по любому из пп.5-19, в котором сплав на основе титана-алюминия содержит титан, алюминий и один или более дополнительных элементов.
  21. 21. Способ по п.20, в котором упомянутые один или более дополнительные элементы независимо выбраны из группы, состоящей из хрома, ванадия, ниобия, молибдена, циркония, кремния, бора, тантала, углерода, олова, гафния, иттрия, железа, меди, никеля, кислорода, азота, лития, висмута, марганца и лантана.
  22. 22. Способ по любому из пп.15-21, в котором сплав на основе титана-алюминия основан на любой из систем сплава Т1-А1-У, сплава Τί-ΛΙ-Νό-Ο сплава Τί-Λ1-Ν6-ίτ или сплава Τί-Άί-Χη, где η меньше 20, а X представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из хрома, ванадия, ниобия, молибдена, циркония, кремния, бора, тантала, углерода, олова, гафния, иттрия, железа, меди, никеля, кислорода, азота, лития, висмута, марганца и лантана.
  23. 23. Способ по любому из пп.15-22, в котором сплав на основе титана-алюминия выбран из группы сплавов, состоящей из
    Τί-6Α1-4ν, Τχ-10ν-2Γβ-3Α1, Т1-13У-11Сг-ЗА1, Τί-2,25Α1-113η-5ΖΓΙΜο-0,231, Τϊ-3Α1-2,5ν, Τί-3Α1-8У-6Сг-4Мо-4гг, Τί-5Α1-28η-22г4МО-4СГ, Τί-5Α1-2,55η, Τί - 5Α1 - 58η-2Ζι; - 2Μθ· 0,2 55ί, Τί-6Α1-2Νί>1Та-1Мо, Т1-6А1-23п-2гг-2Мо-2Сг-0,255ί, Τί-6Α1-25η-4ΖΓ-2Μο, Τί€Α1-28η-4ΖΓ-6Μο, Τί-6Α1 -28η-1,5Ζ1?-1ΜΟ-0,35Βί-0,18ί, Τί-6Α1-6ν28п-0,75Си, Τ1-7Α1-4ΜΟ, Τί-8Α1-1ΜΟ-IV и Τί-8Μθ-8ν-2Ρβ-3Α1.
  24. 24. Способ по любому из пп.15-22, в котором сплав на основе титана-алюминия представляет собой сплав на основе титана-алюминия с низким содержанием алюминия.
EA201071214A 2008-04-21 2009-04-21 Способ и устройство для получения сплавов на основе титана-алюминия EA019581B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2008901946A AU2008901946A0 (en) 2008-04-21 Method and apparatus for forming titanium-aluminium based alloys
PCT/AU2009/000501 WO2009129570A1 (en) 2008-04-21 2009-04-21 Method and apparatus for forming titanium-aluminium based alloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201071214A1 EA201071214A1 (ru) 2011-06-30
EA019581B1 true EA019581B1 (ru) 2014-04-30

Family

ID=41216336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201071214A EA019581B1 (ru) 2008-04-21 2009-04-21 Способ и устройство для получения сплавов на основе титана-алюминия

Country Status (9)

Country Link
US (2) US8632724B2 (ru)
EP (1) EP2296805B1 (ru)
KR (1) KR101573560B1 (ru)
CN (1) CN102065992B (ru)
AU (1) AU2009240782B2 (ru)
CA (1) CA2722017C (ru)
EA (1) EA019581B1 (ru)
ES (1) ES2658355T3 (ru)
WO (1) WO2009129570A1 (ru)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2783991T3 (es) * 2003-07-04 2020-09-21 Commw Scient Ind Res Org Métodos para la producción de compuestos metálicos
CN101454467B (zh) * 2006-03-27 2014-01-08 联邦科学及工业研究组织 生产金属化合物的设备和方法
WO2009129570A1 (en) 2008-04-21 2009-10-29 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method and apparatus for forming titanium-aluminium based alloys
US8834601B2 (en) 2009-12-18 2014-09-16 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method for producing low aluminium titanium-aluminium alloys
US9957836B2 (en) 2012-07-19 2018-05-01 Rti International Metals, Inc. Titanium alloy having good oxidation resistance and high strength at elevated temperatures
CN104625081B (zh) * 2015-01-26 2017-02-01 北京科技大学 一种熔盐法制备钛铝合金粉末的方法
CN105624465A (zh) * 2015-12-29 2016-06-01 青岛博泰美联化工技术有限公司 一种汽车发动机叶片
CN105506377A (zh) * 2015-12-29 2016-04-20 青岛博泰美联化工技术有限公司 一种汽车增压涡轮的环保型制备方法
CN105618676A (zh) * 2015-12-29 2016-06-01 青岛博泰美联化工技术有限公司 一种汽车发动机壳体的环保型制备方法
CN105483440B (zh) * 2015-12-29 2018-02-23 东莞市兆财实业有限公司 一种汽车发动机叶片的环保型制备方法
CN105537518A (zh) * 2015-12-30 2016-05-04 青岛博泰美联化工技术有限公司 一种发动机部件的制备方法
CN105618679A (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 青岛博泰美联化工技术有限公司 一种汽车增压涡轮的制备方法
KR102036486B1 (ko) 2016-07-06 2019-10-24 키날텍 피티와이. 엘티디. 발열 금속 시스템의 열 화학적 처리
RU2635211C1 (ru) * 2016-08-03 2017-11-09 Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Способ получения легированного губчатого титана
AU2017345719B2 (en) 2016-10-21 2021-10-21 General Electric Company Producing titanium alloy materials through reduction of titanium tetrachloride
US20190314896A1 (en) * 2016-10-21 2019-10-17 General Electric Company Producing titanium alloy materials through reduction of titanium tetrachloride
CN110198798B (zh) * 2016-10-21 2022-11-29 通用电气公司 通过还原四卤化钛制造钛合金材料
US11103926B1 (en) * 2018-03-07 2021-08-31 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Synthesis of an intermetallic compound powder
FR3082853B1 (fr) 2018-06-26 2020-09-04 Safran Aircraft Engines Procede de fabrication de lingots en compose metallique a base de titane
CN109022827B (zh) * 2018-07-04 2020-10-20 南京理工大学 从钛矿石直接制备TiAl合金的方法
CN108893630B (zh) * 2018-08-03 2019-08-02 燕山大学 一种高强耐腐蚀钛合金及其制备方法
CN109136648A (zh) * 2018-10-12 2019-01-04 广州宇智科技有限公司 一种新型液态复合氧化物膜型含Li和Mo的阻燃钛合金
CN110639463B (zh) * 2019-09-29 2024-06-18 河南省睿博环境工程技术有限公司 一种生产干法氟化铝的集约式氟化反应器
CN111545742B (zh) * 2020-04-21 2021-08-31 北京科技大学 一种制备高性能粉末冶金Ti6Al4V合金的方法
CN111545743B (zh) * 2020-04-21 2021-08-31 北京科技大学 一种制备高性能粉末冶金钛铝金属间化合物的方法
CN113427016B (zh) * 2021-07-08 2024-02-13 安徽理工大学 一种制备细微钛铝金属间化合物粉末的装置及其生产方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3455678A (en) * 1967-01-16 1969-07-15 Ethyl Corp Process for the concurrent production of aif3 and a metallic titanium product
US3684264A (en) * 1971-01-06 1972-08-15 Vasily Ivanovich Petrov Apparatus for reduction of titanium halides and subsequent vacuum separation of reduction products
EP0097135A1 (en) * 1982-05-31 1983-12-28 Hiroshi Ishizuka Apparatus and method for producing purified refractory metal from a chloride thereof
US4447045A (en) * 1982-07-21 1984-05-08 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Apparatus for preparing high-melting-point high-toughness metals
US4902341A (en) * 1987-08-24 1990-02-20 Toho Titanium Company, Limited Method for producing titanium alloy
WO2005002766A1 (en) * 2003-07-04 2005-01-13 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A method and apparatus for the production of metal compounds
WO2007109847A1 (en) * 2006-03-27 2007-10-04 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Apparatus and methods for the production of metal compounds

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2745735A (en) * 1953-04-28 1956-05-15 Kaiser Aluminium Chem Corp Method of producing titanium
GB757873A (en) 1954-12-08 1956-09-26 Kaiser Aluminium Chem Corp Production of titanium
US3004848A (en) * 1958-10-02 1961-10-17 Nat Distillers Chem Corp Method of making titanium and zirconium alloys
US3252823A (en) * 1961-10-17 1966-05-24 Du Pont Process for aluminum reduction of metal halides in preparing alloys and coatings
BE645733A (ru) * 1963-04-23
FR1471183A (fr) * 1965-12-31 1967-03-03 Kuhlmann Ets Procédé pour l'obtention de poudres métalliques ou composites par réduction directe des halogénures correspondants
US3900312A (en) * 1972-10-16 1975-08-19 Toth Aluminum Corp Reduction of aluminum chloride by manganese
NL7607838A (nl) 1975-09-08 1977-03-10 Stauffer Chemical Co Werkwijze voor de bereiding van een katalysa- torcomponent en het met deze werkwijze verkre- gen produkt.
JPS5278608A (en) 1975-12-25 1977-07-02 Arita Kenkyusho Kk Dechloridizing titanium group meta chloride
JPS5350099A (en) 1976-10-20 1978-05-08 Toyo Soda Mfg Co Ltd Production of titanium carbide
GB1566363A (en) 1978-03-21 1980-04-30 G Ni I Pi Redkometallich Promy Magnesium-thermic reduction of chlorides
FR2505364A1 (fr) * 1981-05-06 1982-11-12 Rhone Poulenc Spec Chim Procede de fabrication d'alliages de titane et d'aluminium
JPS59226127A (ja) * 1983-04-27 1984-12-19 Mitsubishi Metal Corp 高融点高靭性金属の製造装置
EP0134643A3 (en) 1983-07-08 1986-12-30 Solex Research Corporation of Japan Preparing metallic zirconium, hafnium or titanium
BR8402087A (pt) 1984-05-04 1985-12-10 Vale Do Rio Doce Co Processo de obtencao de titanio metalico a partir de um concentrado de anastasio,por aluminotermia e magnesiotermia
JPS6415334A (en) 1987-07-09 1989-01-19 Toho Titanium Co Ltd Production of metal from metal halide
JPH0747787B2 (ja) * 1989-05-24 1995-05-24 株式会社エヌ・ケイ・アール チタン粉末またはチタン複合粉末の製造方法
JPH04107234A (ja) 1990-08-27 1992-04-08 Sumitomo Metal Ind Ltd 高強度高靭性チタン合金
US5397375A (en) * 1991-02-21 1995-03-14 The University Of Melbourne Process for the production of metallic titanium and intermediates useful in the processing of ilmenite and related minerals
US5460642A (en) * 1994-03-21 1995-10-24 Teledyne Industries, Inc. Aerosol reduction process for metal halides
RU2082561C1 (ru) 1994-12-15 1997-06-27 Акционерное общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния" Способ получения интерметаллида титан - алюминий в форме порошка
US5749937A (en) * 1995-03-14 1998-05-12 Lockheed Idaho Technologies Company Fast quench reactor and method
JP4132526B2 (ja) 1999-12-28 2008-08-13 東邦チタニウム株式会社 粉末状チタンの製造方法
US6699305B2 (en) * 2000-03-21 2004-03-02 James J. Myrick Production of metals and their alloys
UA38454A (ru) 2000-07-06 2001-05-15 Державний Науково-Дослідний Та Проектний Інститут Титану Способ получения смешанных кристаллов трихлоридов титана и алюминия
US6902601B2 (en) * 2002-09-12 2005-06-07 Millennium Inorganic Chemicals, Inc. Method of making elemental materials and alloys
GB0321996D0 (en) * 2003-09-19 2003-10-22 Novartis Nutrition Ag Organic compounds
JP4107234B2 (ja) 2003-12-22 2008-06-25 松下電工株式会社 温水床暖房パネル
JP5232988B2 (ja) 2006-02-27 2013-07-10 国立大学法人名古屋大学 ナノ粒子の製造方法
CN100445415C (zh) * 2007-07-31 2008-12-24 北京航空航天大学 一种细化TiAl基合金片层间距的热处理工艺
WO2009129570A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-29 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method and apparatus for forming titanium-aluminium based alloys
UA38454U (en) 2008-08-14 2009-01-12 Вячеслав Андреевич Барабаш Induction heater

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3455678A (en) * 1967-01-16 1969-07-15 Ethyl Corp Process for the concurrent production of aif3 and a metallic titanium product
US3684264A (en) * 1971-01-06 1972-08-15 Vasily Ivanovich Petrov Apparatus for reduction of titanium halides and subsequent vacuum separation of reduction products
EP0097135A1 (en) * 1982-05-31 1983-12-28 Hiroshi Ishizuka Apparatus and method for producing purified refractory metal from a chloride thereof
US4447045A (en) * 1982-07-21 1984-05-08 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Apparatus for preparing high-melting-point high-toughness metals
US4902341A (en) * 1987-08-24 1990-02-20 Toho Titanium Company, Limited Method for producing titanium alloy
WO2005002766A1 (en) * 2003-07-04 2005-01-13 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A method and apparatus for the production of metal compounds
WO2007109847A1 (en) * 2006-03-27 2007-10-04 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Apparatus and methods for the production of metal compounds

Also Published As

Publication number Publication date
ES2658355T3 (es) 2018-03-09
EP2296805A4 (en) 2011-12-28
AU2009240782B2 (en) 2014-07-03
EP2296805B1 (en) 2017-11-08
EP2296805A1 (en) 2011-03-23
CA2722017A1 (en) 2009-10-29
US9080224B2 (en) 2015-07-14
US20110091350A1 (en) 2011-04-21
CN102065992A (zh) 2011-05-18
KR20100135922A (ko) 2010-12-27
CN102065992B (zh) 2014-07-30
AU2009240782A1 (en) 2009-10-29
CA2722017C (en) 2016-06-07
KR101573560B1 (ko) 2015-12-01
US20130319177A1 (en) 2013-12-05
US8632724B2 (en) 2014-01-21
EA201071214A1 (ru) 2011-06-30
WO2009129570A1 (en) 2009-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA019581B1 (ru) Способ и устройство для получения сплавов на основе титана-алюминия
JP5886815B2 (ja) 金属化合物の製造のための装置および方法
RU2665857C2 (ru) Получение сплавов алюминий-скандий
JP2009531537A5 (ru)
EP3512655B1 (en) Producing titanium alloy materials through reduction of titanium tetrahalide
KR102036486B1 (ko) 발열 금속 시스템의 열 화학적 처리
RU2734225C1 (ru) Получение титановых сплавов посредством восстановления тетрахлорида титана

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ TM