EA045179B1 - METHODS FOR OBTAINING A PRODUCT IN THE FORM OF TITANIUM ALLOY - Google Patents

METHODS FOR OBTAINING A PRODUCT IN THE FORM OF TITANIUM ALLOY Download PDF

Info

Publication number
EA045179B1
EA045179B1 EA202292626 EA045179B1 EA 045179 B1 EA045179 B1 EA 045179B1 EA 202292626 EA202292626 EA 202292626 EA 045179 B1 EA045179 B1 EA 045179B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
powder
product
reduction
hydride
titanium
Prior art date
Application number
EA202292626
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Чжиган Зак Фан
Ян Ся
Пэй СУНЬ
Ин Чжан
Original Assignee
Юниверсити Оф Юта Рисерч Фаундейшн
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 Юниверсити Оф Юта Рисерч Фаундейшн filed Critical Юниверсити Оф Юта Рисерч Фаундейшн
Publication of EA045179B1 publication Critical patent/EA045179B1/en

Links

Description

Государственное финансированиеGovernment funding

Настоящее изобретение выполнено с государственной поддержкой по гранту № DE-AR0000420, выданному Министерством энергетики. Правительство имеет определенные права на изобретение.The present invention was made with government support under Grant No. DE-AR0000420 issued by the Department of Energy. The government has certain rights to an invention.

Уровень техникиState of the art

Титан является прочным, легковесным, коррозионностойким и биосовместимым. Эта уникальная комбинация свойств делает его ценным природным ресурсом, весьма пригодным для многообразных потенциальных промышленных вариантов применения. Титан получали в промышленном масштабе по меньшей мере с 1948 г., и широко использовали в аэрокосмической, медицинской и оборонной отраслях промышленности. Например, обзор Геологической службы США, обзоры горнодобывающей промышленности в отношении титана сообщают, что приблизительно 67% проката и литья в течение 2011 г. были использованы для промышленных и военных аэрокосмических вариантов применения. Пока что другие отрасли промышленности, где титан был бы полезным, все же в основном полагаются на сталь как универсальный материал. Высокая зависимость от стали не является неожиданной, поскольку производство титана стандартными способами может быть в двадцать раз дороже, чем производство стали. Основная часть этой высокой стоимости обусловлена косвенной природой известных способов, которые занимают много времени и требуют расхода больших количеств энергии, таких как способы карботермического восстановления и металлотермического восстановления хлорида титана, известные как процессы Кролла и Хантера. В более недавний период попытки выявления более экономичных способов получения титана включают процесс Армстронга, процесс электролиза FCC Cambridge, и тому подобные.Titanium is strong, lightweight, corrosion resistant and biocompatible. This unique combination of properties makes it a valuable natural resource highly suitable for a variety of potential industrial applications. Titanium has been produced on an industrial scale since at least 1948, and is widely used in the aerospace, medical and defense industries. For example, the USGS Mining Industry Survey of Titanium reports that approximately 67% of rolled and cast products during 2011 were used for industrial and military aerospace applications. For now, other industries that would benefit from titanium still rely heavily on steel as a versatile material. The high dependence on steel is not unexpected, since producing titanium using standard methods can be twenty times more expensive than producing steel. Much of this high cost is due to the indirect nature of known processes that are time consuming and energy intensive, such as the carbothermic reduction and metallothermic reduction of titanium chloride processes known as the Kroll and Hunter processes. More recently, attempts to identify more economical methods for producing titanium have included the Armstrong process, the FCC Cambridge electrolysis process, and the like.

В дополнение к этим проблемам, уникальные трудности создает формирование титановых сплавов. Например, очень затруднительным является получение материалов из сплавов с высокой однородностью в больших количествах. Типичное получение титанового сплава начинается с подвергания губчатого титана, который часто представляет собой технически чистый титан (CP-Ti), и лигатуры (например, AIV) обработке в процессе вакуумной дуговой переплавки (VAR). Этот способ включает плавление электрода в медном тигле для получения однородной смеси губчатого титана и лигатуры. В промышленном масштабе для VAR-процессов также используют от 1 до 10 т слитков в печах, которые имеют высоту от десяти до двадцати футов (3-6,1 м). Чтобы получить высокочистые титановые сплавы, VAR-процесс нужно проводить многократно (например, 2-3 раза), что предусматривает циклическую выгрузку и подведение большого количества энергии. Таким образом, остается потребность в упрощенном и менее дорогостоящем способе получения металлического титана и, в особенности, титановых сплавов. Сущность изобретенияIn addition to these problems, the formation of titanium alloys poses unique challenges. For example, it is very difficult to obtain materials from alloys with high homogeneity in large quantities. A typical production of a titanium alloy begins by subjecting titanium sponge, which is often commercially pure titanium (CP-Ti), and an alloy (eg, AIV) to a vacuum arc remelting (VAR) process. This method involves melting an electrode in a copper crucible to produce a homogeneous mixture of titanium sponge and master alloy. Industrial scale VAR processes also use 1 to 10 tons of ingots in furnaces that are ten to twenty feet high. To obtain high-purity titanium alloys, the VAR process must be carried out repeatedly (for example, 2-3 times), which involves cyclic unloading and supplying a large amount of energy. Thus, there remains a need for a simplified and less expensive method for producing titanium metal and, in particular, titanium alloys. The essence of the invention

Для формирования порошкообразных титановых сплавов может быть использован способ легирования в твердом состоянии, легированных одним или многими элементами, такими как Al, Mo, V, Nb, Та, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Al, Zr, Sn, Ni, Si, и другими элементами. Как правило, способ получения дисперсного продукта в виде титанового сплава может включать получение смеси композитных дисперсных оксидов из порошка TiO2 и порошка по меньшей мере одного легирующего элемента. Смесь композитных дисперсных оксидов может быть совместно восстановлена с использованием металлического восстановителя, предпочтительно в по меньшей мере частично содержащей водород атмосфере, при температуре восстановления в течение времени восстановления, достаточного для образования продукта в виде гидрированного титанового сплава. Продукт в виде гидрированного титанового сплава может быть затем подвергнут термической обработке в атмосфере водорода и температуре термической обработки для сокращения размера пор и удельной площади поверхности, с образованием термически обработанного гидрированного титанового продукта. Термически обработанный гидрированный титановый продукт может быть деоксигенирован для сокращения содержания остаточного кислорода до уровня менее 0,3 вес.% (или часто <0,15%) с образованием деоксигенированного гидрированного титанового продукта. Деоксигенированный гидрированный титановый продукт необязательно может быть дегидрирован с образованием продукта в виде титанового сплава. Следует отметить, что деоксигенированный гидрированный титановый продукт и продукта в виде титанового сплава как продукт являются дисперсными порошками.To form powdered titanium alloys, a solid state alloying method can be used, alloyed with one or many elements such as Al, Mo, V, Nb, Ta, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Al, Zr, Sn, Ni, Si, and other elements. Typically, a method for producing a dispersed product in the form of a titanium alloy may include producing a mixture of composite dispersed oxides from TiO 2 powder and powder of at least one alloying element. The mixture of composite dispersed oxides can be co-reduced using a metal reducing agent, preferably in an at least partially hydrogen-containing atmosphere, at a reduction temperature for a reduction time sufficient to form a hydrogenated titanium alloy product. The hydrogenated titanium alloy product may then be heat treated under a hydrogen atmosphere and heat treatment temperature to reduce pore size and specific surface area to form a heat treated hydrogenated titanium product. The heat-treated hydrogenated titanium product can be deoxygenated to reduce the residual oxygen content to less than 0.3 wt.% (or often <0.15%) to form the deoxygenated hydrogenated titanium product. The deoxygenated hydrogenated titanium product may optionally be dehydrogenated to form a titanium alloy product. It should be noted that the deoxygenated hydrogenated titanium product and the titanium alloy product as a product are dispersed powders.

Тем самым были обрисованы, в довольно широком смысле, наиболее важные признаки изобретения, чтобы подробное описание его, которое следует, было лучше понято, и чтобы мог быть лучше оценен настоящий вклад в технологию. Другие признаки настоящего изобретения станут более ясными из нижеследующего подробного описания изобретения, приведенного с сопроводительными чертежами и пунктами прилагаемой формулы изобретения, или могут быть выявлены при практическом осуществлении изобретения.The most important features of the invention have thereby been outlined, in a fairly broad sense, so that the detailed description of it that follows may be better understood, and so that the real contribution to technology can be better appreciated. Other features of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention given in conjunction with the accompanying drawings and claims, or may be learned by practice of the invention.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 представляет технологическую блок-схему, иллюстрирующую способ получения продукта в виде дисперсного титанового сплава.Fig. 1 is a process flow diagram illustrating a process for producing a particulate titanium alloy product.

Фиг. 2А представляет график теоретических расчетов, показывающий относительное совместное восстановление определенных оксидов стехиометрическими количествами Mg в водороде.Fig. 2A is a plot of theoretical calculations showing the relative co-reduction of certain oxides by stoichiometric amounts of Mg in hydrogen.

Фиг. 2В представляет воспроизведение фиг. 2А с увеличенной у-осью, чтобы более подробно пока- 1 045179 зать соотношения гидридов и оксидов.Fig. 2B is a reproduction of FIG. 2A with the y-axis enlarged to show the ratios of hydrides and oxides in more detail.

Фиг. 2С иллюстрирует относительное совместное восстановление в водороде определенных оксидов с 1,2-кратными количествами Mg относительно стехиометрического соотношения.Fig. 2C illustrates the relative co-reduction in hydrogen of certain oxides with 1.2 times the stoichiometric ratio of Mg.

Фиг. 2D иллюстрирует относительное совместное восстановление в водороде определенных оксидов с 1,5-кратными количествами Mg относительно стехиометрического соотношения.Fig. 2D illustrates the relative co-reduction in hydrogen of certain oxides with 1.5 times the stoichiometric amounts of Mg.

Фиг. 2Е иллюстрирует относительное совместное восстановление в аргоне этих оксидов с 1,2кратным стехиометрическим соотношением.Fig. 2E illustrates the relative co-reduction of these oxides in argon at 1.2 times the stoichiometric ratio.

Фиг. 2F иллюстрирует относительное совместное восстановление в аргоне этих оксидов с 1,5кратным стехиометрическим соотношением.Fig. 2F illustrates the relative co-reduction of these oxides in argon at 1.5 times the stoichiometric ratio.

Фиг. 3А представляет полученную в сканирующем электронном микроскопе (SEM) микрофотографию частично спеченных частиц композитного металлоксидного сплава в соответствии с примером 1.Fig. 3A is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of partially sintered metal oxide composite alloy particles in accordance with Example 1.

Фиг. 3В представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 3А.Fig. 3B is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 3A.

Фиг. 3С представляет SEM-микрофотографию гидрированного и восстановленного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 1.Fig. 3C is an SEM micrograph of the hydrogenated and reduced alloy powder prepared in accordance with Example 1.

Фиг. 3D представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 3С.Fig. 3D is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 3C.

Фиг. 3Е представляет SEM-микрофотографию термически обработанного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 1.Fig. 3E is an SEM micrograph of a heat-treated alloy powder prepared in accordance with Example 1.

Фиг. 3F представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 3Е.Fig. 3F is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 3E.

Фиг. 3G представляет SEM-микрофотографию деоксигенированного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 1.Fig. 3G is an SEM micrograph of deoxygenated alloy powder prepared in accordance with Example 1.

Фиг. 3Н представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 3G.Fig. 3H is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 3G.

Фиг. 4А представляет SEM-микрофотографию частично спеченных частиц композитного металлоксидного сплава в соответствии с примером 2.Fig. 4A is an SEM micrograph of partially sintered metal oxide alloy composite particles according to Example 2.

Фиг. 4В представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 4А.Fig. 4B is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 4A.

Фиг. 4С представляет SEM-микрофотографию гидрированного и восстановленного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 2.Fig. 4C is an SEM micrograph of the hydrogenated and reduced alloy powder prepared in accordance with Example 2.

Фиг. 4D представляет SEM-микрофотографию термически обработанного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 2.Fig. 4D is an SEM micrograph of a heat-treated alloy powder prepared in accordance with Example 2.

Фиг. 4Е представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 4D.Fig. 4E is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 4D.

Фиг. 4F представляет SEM-микрофотографию деоксигенированного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 2.Fig. 4F is an SEM micrograph of deoxygenated alloy powder prepared in accordance with Example 2.

Фиг. 4G представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента Фиг. 4F.Fig. 4G is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 4F.

Фиг. 5А представляет SEM-микрофотографию частично спеченных частиц композитного металлоксидного сплава в соответствии с примером 3.Fig. 5A is an SEM micrograph of partially sintered metal oxide alloy composite particles according to Example 3.

Фиг. 5В представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 5А.Fig. 5B is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 5A.

Фиг. 5С представляет SEM-микрофотографию гидрированного и восстановленного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 3.Fig. 5C is an SEM micrograph of the hydrogenated and reduced alloy powder prepared in accordance with Example 3.

Фиг. 5D представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 5С.Fig. 5D is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 5C.

Фиг. 5Е представляет SEM-микрофотографию термически обработанного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 3.Fig. 5E is an SEM micrograph of a heat-treated alloy powder prepared in accordance with Example 3.

Фиг. 5F представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 5Е.Fig. 5F is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 5E.

Фиг. 5G представляет SEM-микрофотографию деоксигенированного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 3.Fig. 5G is an SEM micrograph of deoxygenated alloy powder prepared in accordance with Example 3.

Фиг. 5Н представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 5G.Fig. 5H is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 5G.

Фиг. 6А представляет SEM-микрофотографию частично спеченных частиц композитного металлоксидного сплава в соответствии с примером 4.Fig. 6A is an SEM micrograph of partially sintered metal oxide alloy composite particles according to Example 4.

Фиг. 6В представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 6А.Fig. 6B is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 6A.

Фиг. 6С представляет SEM-микрофотографию гидрированного и восстановленного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 4.Fig. 6C is an SEM micrograph of the hydrogenated and reduced alloy powder prepared in accordance with Example 4.

Фиг. 6D представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 6С.Fig. 6D is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 6C.

Фиг. 6Е представляет SEM-микрофотографию термически обработанного порошка сплава, полученного в соответствии с примером 4.Fig. 6E is an SEM micrograph of a heat-treated alloy powder prepared in accordance with Example 4.

Фиг. 6F представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 6Е.Fig. 6F is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 6E.

Фиг. 7А представляет SEM-микрофотографию частично спеченных частиц композитного металлоксидного сплава в соответствии с примером 5 (А5).Fig. 7A is an SEM micrograph of partially sintered metal oxide alloy composite particles according to Example 5 (A5).

Фиг. 7В представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 7А.Fig. 7B is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 7A.

Фиг. 7С представляет SEM-микрофотографию частично спеченных частиц композитного металлоксидного сплава, полученного в соответствии с примером 5 (А6).Fig. 7C is an SEM micrograph of partially sintered metal oxide alloy composite particles prepared in accordance with Example 5 (A6).

Фиг. 7D представляет SEM-микрофотографию в увеличенном виде фрагмента фиг. 7С.Fig. 7D is an enlarged SEM micrograph of a portion of FIG. 7C.

Фиг. 7Е представляет SEM-микрофотографию образца А5 после совместного восстановления в соответствии с примером 5.Fig. 7E is an SEM micrograph of sample A5 after co-reduction according to Example 5.

Фиг. 7F представляет SEM-микрофотографию образца А6 после совместного восстановления в со- 2 045179 ответствии с примером 5.Fig. 7F is an SEM micrograph of sample A6 after co-reduction according to Example 5.

Фиг. 7G представляет SEM-микрофотографию образца А5 после термической обработки в соответствии с примером 5.Fig. 7G is an SEM micrograph of sample A5 after heat treatment in accordance with Example 5.

Фиг. 7Н представляет SEM-микрофотографию образца А6 после термической обработки в соответствии с примером 5.Fig. 7H represents an SEM micrograph of sample A6 after heat treatment in accordance with Example 5.

Фиг. 7I представляет SEM-микрофотографию образца А5 после деоксигенирования в соответствии с примером 5.Fig. 7I is an SEM micrograph of sample A5 after deoxygenation according to Example 5.

Фиг. 7J представляет SEM-микрофотографию образца А6 после деоксигенирования в соответствии с примером 5.Fig. 7J is an SEM micrograph of sample A6 after deoxygenation according to Example 5.

Эти чертежи приведены для иллюстрирования различных аспектов изобретения, и не предполагаются ограничивающими область в плане размеров, материалов, конфигураций, расположений и пропорций, если иное не ограничено пунктами формулы изобретения.These drawings are provided to illustrate various aspects of the invention, and are not intended to limit the scope in terms of dimensions, materials, configurations, arrangements and proportions, unless otherwise limited by the claims.

Подробное описание варианта осуществления изобретенияDetailed Description of an Embodiment of the Invention

В то время как примерные варианты осуществления описаны достаточно подробно, чтобы квалифицированные специалисты в этой области технологии могли практически осуществить изобретение, должно быть понятно, что могут быть осуществлены другие варианты исполнения и что могут быть сделаны различные изменения изобретения без выхода за пределы смысла и области настоящего изобретения. Так, нижеследующее более подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения не предполагается ограничивающим область изобретения, как заявленного, но представлено только для целей иллюстрации, и не для ограничения в описании признаков и характеристик настоящего изобретения, для изложения наилучшего варианта исполнения изобретения, и в достаточной мере позволяющего квалифицированному специалисту в этой области технологии осуществить изобретение на практике. Соответственно этому, область настоящего изобретения должна определяться только пунктами прилагаемой формулы изобретения.While exemplary embodiments have been described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention, it should be understood that other embodiments may be implemented and that various modifications of the invention may be made without departing from the spirit and scope of the present inventions. Thus, the following more detailed description of embodiments of the present invention is not intended to limit the scope of the invention as claimed, but is presented for purposes of illustration only, and not to limit the description of the features and characteristics of the present invention, to set forth the best embodiment of the invention, and to sufficiently enable a qualified specialist in this field of technology to put the invention into practice. Accordingly, the scope of the present invention is to be defined only by the claims contained in the appended claims.

ОпределенияDefinitions

В описываемом и заявленном настоящем изобретении будет применена следующая терминология.As the present invention is described and claimed, the following terminology will be used.

Формы единственного числа включают объекты во множественном числе, если контекст четко не предписывает иное. Так, например, ссылка на восстановитель включает указание на один или многие из таких материалов, и ссылка на подвергание подразумевает одну или многие такие стадии.Singular forms include plural entities unless the context clearly requires otherwise. Thus, for example, reference to a reducing agent includes reference to one or many such materials, and reference to exposure implies one or many such steps.

Как используемый здесь в отношении идентифицированных свойства или обстоятельства, термин по существу подразумевает степень отклонения, которая достаточно мала, чтобы не создавать измеримого приуменьшения идентифицированных свойства или обстоятельства. Точная степень допустимого отклонения в некоторых случаях может зависеть от конкретного контекста.As used herein in relation to an identified property or circumstance, the term essentially implies a degree of deviation that is small enough not to create a measurable diminution of the identified property or circumstance. The exact degree of tolerance may in some cases depend on the specific context.

Как применяемый здесь, термин соседний имеет отношение к близости двух структур или элементов. В частности, элементы, которые указаны как соседние, могут быть либо смежными, либо соединенными. Такие элементы также могут быть близкими или вплотную друг к другу, без необходимости в контакте между собой. Точная степень близости в некоторых случаях может зависеть от конкретного контекста.As used here, the term adjacent refers to the proximity of two structures or elements. In particular, elements that are indicated as adjacent can be either adjacent or connected. Such elements can also be close or adjacent to each other, without the need for contact with each other. The exact degree of proximity in some cases may depend on the specific context.

Как используемые здесь, гидрированные продукты представляют собой такие, в которых водород введен либо формированием водородных соединений, растворением водорода, или комбинацией обоих механизмов. Растворенный водород существует как междоузельный элемент внутри кристаллической решетки металла. Ti с растворенным водородом называют твердым раствором Ti с водородом. Напротив, гидридные соединения представляют собой такие, в которых водород химически связан с соответствующим металлом (например, гидрид титана, или тому подобный). Полностью гидрированный титан известен как гидрид титана с формулой TiH2. Однако гидрид титана также может быть менее, чем полностью гидрированным, и тогда формула может быть записана как TiH2_x.As used herein, hydrogenated products are those in which hydrogen is introduced either by the formation of hydrogen compounds, dissolution of hydrogen, or a combination of both mechanisms. Dissolved hydrogen exists as an interstitial element within the crystal lattice of a metal. Ti with dissolved hydrogen is called a solid solution of Ti with hydrogen. In contrast, hydride compounds are those in which hydrogen is chemically bonded to a corresponding metal (eg, titanium hydride, or the like). Fully hydrogenated titanium is known as titanium hydride with the formula TiH2. However, titanium hydride can also be less than fully hydrogenated, in which case the formula can be written as TiH2_x .

Как применяемый здесь, термин дисперсный предназначен для обозначения мелкого порошка или продуктов виде частиц, имеющих размер менее чем около 1 мм, и чаще всего менее чем около 500 мкм.As used herein, the term particulate is intended to mean fine powder or particulate products having a size of less than about 1 mm, and most often less than about 500 microns.

Как используемые здесь, многочисленные детали, структурные элементы, композиционные элементы, и/или материалы, могут быть для удобства представлены в общем списке. Однако эти списки следует толковать так, как если бы каждый член списка являлся индивидуально идентфицированным как отдельный и уникальный член. Так, ни один индивидуальный член не следует рассматривать как фактически эквивалентный любому другому члену того же списка, на основе только представления его в общей группе, без указания на иное.As used herein, numerous parts, structural elements, compositional elements, and/or materials may, for convenience, be presented in a general list. However, these lists should be interpreted as if each member of the list is individually identifiable as a separate and unique member. Thus, no individual member should be considered as essentially equivalent to any other member of the same list, based solely on its presentation in the general group, without indicating otherwise.

Как применяемый здесь, термин по меньшей мере один из предполагается синонимичным выражению один или многие из. Например, по меньшей мере один из А, В и С напрямую включает только А, только В, только С, или каждую из комбинаций.As used herein, the term at least one of is intended to be synonymous with the expression one or many of. For example, at least one of A, B, and C directly includes A only, B only, C only, or each of combinations.

Как используемый здесь, термин около применяется для придания допустимости отклонения и впечатления, связанных с данным термином, показателем или значением. Степень гибкости для конкретной переменной величины может быть легко определена квалифицированным специалистом в этой области технологии. Однако, если не оговорено иное, термин около, как правило, подразумевает допустимость отклонения менее 2%, и чаще всего менее 1%, и в некоторых случаях менее 0,01%. УказаниеAs used here, the term about is used to give the permissibility of deviation and impression associated with a given term, indicator or meaning. The degree of flexibility for a particular variable can be easily determined by one skilled in the art. However, unless otherwise noted, the term about generally implies a tolerance of less than 2%, and most commonly less than 1%, and in some cases less than 0.01%. Note

- 3 045179 конкретного значения также ясно раскрывает точность этого значения так, что около 4 также включало бы ровно 4. Кроме того, все процентные доли представляют весовой процент, если не указано иное.- 3045179 of a particular value also clearly reveals the precision of that value such that about 4 would also include exactly 4. Moreover, all percentages represent weight percentage unless otherwise noted.

Концентрации, количества и другие численные значения могут быть представлены здесь в формате диапазонов. Должно быть понятно, что такой формат диапазонов применяют только для удобства и краткости, и его следует интерпретировать гибко как включающий не только численные значения, четко указанные как пределы диапазона, то также как включающий все индивидуальные численные значения или поддиапазоны, входящие в пределы этого диапазона, как если бы были четко указаны каждое численное значение и поддиапазон. Например, численное значение от около 1 до около 4,5 следует понимать как включающее не только определенно указанные пределы от около 1 до около 4,5, но также включающее индивидуальные числа, такие как 2, 3, 4, и поддиапазоны, такие как от 1 до 3, от 2 до 4, и т.д. Тот же принцип применим к диапазонам, указывающим только одно численное значение, таким как менее, чем около 4,5, что следует интерпретировать как включающее все вышеуказанные значения и диапазоны. Кроме того, такая интерпретация должна быть применена, независимо от ширины диапазона или описываемых характеристик.Concentrations, quantities and other numerical values may be presented here in range format. It should be understood that this format of ranges is for convenience and brevity only, and should be interpreted flexibly to include not only the numerical values clearly stated as the limits of the range, but also to include all individual numerical values or subranges falling within that range. as if each numerical value and subrange were clearly indicated. For example, a numerical value from about 1 to about 4.5 should be understood to include not only the specifically stated ranges from about 1 to about 4.5, but also to include individual numbers such as 2, 3, 4, and subranges such as from 1 to 3, 2 to 4, etc. The same principle applies to ranges indicating only one numerical value, such as less than about 4.5, which should be interpreted as including all of the above values and ranges. Moreover, this interpretation must be applied regardless of the width of the range or characteristics being described.

Любые стадии, указанные в любом способе или процессе в пунктах формулы изобретения, могут быть исполнены в любом порядке и не ограничены до порядка, приведенного в пунктах формулы изобретения. Ограничения средство плюс функция или стадия плюс функция будут использованы только там, где для конкретного ограничения пункта формулы изобретения все из следующих условий представлены в этом ограничении: а) четко указаны средство для или стадия для и b) четко оказана соответствующая функция. Структура, материал или действия, которые поддерживают функцию средство для, определенно указаны здесь в описании. Соответственно, область изобретения скорее должна определяться только пунктами прилагаемой формулы изобретения и их законными эквивалентами, нежели приведенными здесь описаниями и примерами.Any steps specified in any method or process in the claims may be performed in any order and are not limited to the order specified in the claims. Means plus function or step plus function limitations will only be used where, for a particular claim limitation, all of the following conditions are present in that limitation: a) the means for or step for is clearly stated and b) the relevant function is clearly provided. The structure, material or actions that support the function of the means for are specifically indicated here in the description. Accordingly, the scope of the invention should be determined only by the claims and their legal equivalents rather than by the descriptions and examples given herein.

Со ссылкой в общем на фиг. 1 способ 100 получения продукта в виде дисперсного титанового сплава может включать получение 110 смеси композитных дисперсных оксидов. Смесь композитных дисперсных оксидов может включать порошок TiO2 и порошок по меньшей мере одного легирующего элемента. Способ 100 также может включать совместное восстановление 120 смеси композитных дисперсных оксидов с использованием металлического восстановителя в полностью или частично водородной атмосфере при температуре восстановления в течение времени восстановления, достаточного для формирования продукта в виде гидрированного титанового сплава. После совместного восстановления 120 может быть выполнена термическая обработка 130 продукта в виде гидрированного титанового сплава. Стадия термической обработки может быть проведена в водородной атмосфере и при температуре термической обработки, достаточной для сокращения размера пор и удельной площади поверхности, с образованием термически обработанного гидрированного титанового продукта. Способ 100 может дополнительно включать деоксигенирование 140 термически обработанного гидрированного титанового продукта для снижения содержания остаточного кислорода до уровня менее 0,3 вес.% (или часто менее 0,15 вес.%) с образованием дисперсного деоксигенированного гидрированного титанового продукта. В некоторых случаях гидрированный титановый продукт желательно может обеспечивать хранение и долговременную стабильность. Однако при получении конечного титанового продукта может быть желательным дегидрированный продукт. Соответственно этому, способ 100 необязательно может включать дегидрирование 150 деоксигенированного гидрированного титанового продукта с образованием продукта в виде дисперсного титанового сплава. Каждая из этих стадий более подробно обсуждается ниже.With reference generally to FIG. 1, a method 100 for producing a dispersed titanium alloy product may involve producing 110 a mixture of composite dispersed oxides. The mixture of composite dispersed oxides may include TiO 2 powder and powder of at least one alloying element. The method 100 may also include co-reduction 120 of a mixture of composite particulate oxides using a metal reducing agent in a wholly or partially hydrogen atmosphere at a reduction temperature for a reduction time sufficient to form a hydrogenated titanium alloy product. After co-reduction 120, heat treatment 130 of the hydrogenated titanium alloy product may be performed. The heat treatment step may be carried out under a hydrogen atmosphere and at a heat treatment temperature sufficient to reduce pore size and specific surface area to form a heat treated hydrogenated titanium product. The method 100 may further include deoxygenating 140 the thermally treated hydrogenated titanium product to reduce the residual oxygen content to less than 0.3 wt.% (or often less than 0.15 wt.%) to form particulate deoxygenated hydrogenated titanium product. In some cases, the hydrogenated titanium product may desirably provide storage and long-term stability. However, when preparing the final titanium product, a dehydrogenated product may be desirable. Accordingly, method 100 may optionally include dehydrogenating 150 the deoxygenated hydrogenated titanium product to form a particulate titanium alloy product. Each of these stages is discussed in more detail below.

В качестве источника титана порошок TiO2 может включать любой источник порошкообразного диоксида титана. Источник порошкообразного диоксида титана может быть получен из любого подходящего источника, такого как природные материалы, выделенные из земли и/или предварительно обработанных материалов, таких как природный рутил (TiO2), ильменит (FeTiO3) и лейкоксен (продукт метафорического изменения содержащих титан минералов). Такие материалы могут содержать различные количества диоксида титана. Сырьевая титановая руда как исходный материал может быть подвергнута нагреванию для повышения процентного содержания титана. Как правило, сырьевая руда может иметь содержание оксида титана от около 50 до около 65 вес.%. Хотя могут быть применены другие способы, сырьевая титановая руда может быть подвергнута карботермальному восстановлению с образованием TiO2-шлака. Такой низкосортный TiO2-шлак часто может содержать около 80 вес.% оксида титана, хотя могут быть достигнуты уровни от около 70 до 90 вес.% вариацией условий подачи и обработки. Конкретные условия могут варьировать, однако, в качестве основного принципа, такое карботермическое восстановление может включать нагревание до температуры от около 1000 до 1600°С. Результатом является TiO2-шлак, который, в дополнение к TiO2, включает другие продукты реакций или примеси, такие как передельный чугун. Обогащенный шлак (UGS) может иметь содержание TiO2 от около 92 до около 95 вес.%. Другие известные гидрометаллургические или химические металлургические способы могут быть привлечены к получению высококонцентрированного сырьевого материала с содержанием TiO2 свыше 80 вес.% и в некоторых случаях вплоть до 99 вес.%.As the titanium source, the TiO2 powder may include any source of titanium dioxide powder. The source of powdered titanium dioxide can be obtained from any suitable source, such as natural materials isolated from the earth and/or pre-processed materials such as natural rutile (TiO 2 ), ilmenite (FeTiO 3 ), and leucoxene (a product of the metaphorical alteration of titanium-containing minerals ). Such materials may contain varying amounts of titanium dioxide. Raw titanium ore as a starting material can be heated to increase the percentage of titanium. Typically, the raw ore may have a titanium oxide content of from about 50 to about 65 weight percent. Although other methods can be used, the raw titanium ore can be subjected to carbothermal reduction to form TiO 2 slag. Such low-grade TiO 2 slag can often contain about 80 wt.% titanium oxide, although levels of about 70 to 90 wt.% can be achieved by varying feeding and processing conditions. Specific conditions may vary, however, as a general principle, such carbothermic reduction may involve heating to a temperature of from about 1000 to 1600°C. The result is TiO 2 slag, which, in addition to TiO 2 , includes other reaction products or impurities such as pig iron. The enriched slag (UGS) may have a TiO 2 content of from about 92 to about 95 wt.%. Other known hydrometallurgical or chemical metallurgical processes can be used to produce highly concentrated raw material with a TiO2 content of over 80 wt.% and in some cases up to 99 wt.%.

Как бы то ни было, порошок TiO2 может включать примеси, но по меньшей мере 50% и часто свыше 80%, чаще всего более чем около 95% TiO2, и в некоторых случаях более чем около 99 вес.% TiO2, и вHowever, the TiO 2 powder may include impurities, but at least 50% and often greater than 80%, most often greater than about 95% TiO 2 , and in some cases greater than about 99 weight percent TiO 2 , and V

- 4 045179 других случаях свыше 99,5 вес.% TiO2. Источник порошка TiO2 может быть приобретен почти с любым размером частиц. Общедоступный имеющийся на рынке чистый порошок TiO2 часто может иметь частицы с размером от около 0,2 до 0,3 мкм, которые могут быть слишком мелкими для надежной описываемой здесь обработки. Однако источник порошка TiO2 может иметь частицы с размером от около 50 нм до около 500 мкм, часто от около 1 до около 100 мкм, в некоторых случаях от 3 до 80 мкм, и часто от 20 до 60 мкм, и в некоторых случаях около 30 мкм. Например, источник порошка TiO2, продаваемый как пигмент, сформирован с размером менее 300 нм. Такой порошок может быть использован в качестве источника материала для этого способа, но может быть сначала сделан более крупнозернистым гранулированием и спеканием. Полученнные частицы металлического Ti или TiH2 имеют средние размеры частиц свыше 20 микрон (мкм), и часто более 30 микрон (мкм), во избежание чрезмерного захватывания кислорода во время обработки и хранения. Этот размер частиц источника может быть скорректирован размалыванием, спеканием, агломерированием, и тому подобным, как более полно обсуждается далее. Подобным образом, источник порошка TiO2 может иметь удельную площадь поверхности от 0,1 до 100 м2/г и в некоторых случаях от 30 до 50 м2/г (по измерению методом BET (Брунауэра-Эммета-Теллера)). В частности, во время обработки порошкообразный TiO2 может быть временно преобразован в промежуточные оксиды титана, такие как, но без ограничения этим, Ti2O3, Ti5O9, и тому подобные. Такие промежуточные оксиды титана также могут быть пригодными для использования в этом способе.- 4 045179 other cases over 99.5 wt.% TiO2. TiO2 powder source can be purchased in almost any particle size. Commonly available commercially available pure TiO2 powder can often have particle sizes of about 0.2 to 0.3 microns, which may be too fine for the reliable processing described here. However, the TiO 2 powder source may have particle sizes ranging from about 50 nm to about 500 μm, often from about 1 to about 100 μm, in some cases from 3 to 80 μm, and often from 20 to 60 μm, and in some cases about 30 microns. For example, a source of TiO 2 powder sold as a pigment is formed with a size of less than 300 nm. Such powder can be used as a source of material for this method, but may first be made by coarser granulation and sintering. The resulting Ti or TiH 2 metal particles have average particle sizes greater than 20 microns (μm), and often greater than 30 microns (μm), to avoid excessive oxygen entrainment during processing and storage. This source particle size can be adjusted by grinding, sintering, agglomeration, and the like, as is discussed more fully below. Similarly, the source of TiO 2 powder may have a specific surface area of 0.1 to 100 m 2 /g and in some cases from 30 to 50 m 2 /g (as measured by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method). In particular, during processing, the TiO 2 powder may be temporarily converted into intermediate titanium oxides such as, but not limited to, Ti 2 O 3 , Ti 5 O 9 , and the like. Such intermediate titanium oxides may also be suitable for use in this method.

В качестве дополнительного дисперсного источника композит по меньшей мере одного порошка легирующего элемента может включать элементарные металлы, оксиды металлов, гидриды металлов, или их комбинации. В одном случае порошок по меньшей мере одного легирующего элемента представляет собой порошкообразный оксид металла. Неограничивающие примеры подходящих порошкообразных оксидов металла могут включать Al2O3, V2O5, CuO, MnO, V2O3, Fe2O3, Nb2O5, ZrO2, MoO3, MoO2, Cr2O3, SnO2, SiO2, Ta2O5, CoO, WO3, NiO, и их комбинации, включающие оксиды элементов из вышеуказанного списка в переменных валентных состояниях. Например, V2O3 может обеспечивать лучшую смачиваемость и меньшие времена выдержки или температуры, чем V2O5, во время спекания (то есть, стадий гомогенизации).As an additional particulate source, the composite of at least one alloying element powder may include elemental metals, metal oxides, metal hydrides, or combinations thereof. In one case, the powder of the at least one alloying element is a powdered metal oxide. Non-limiting examples of suitable powdered metal oxides may include Al 2 O 3 , V 2 O 5 , CuO, MnO, V 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , MoO 3 , MoO 2 , Cr 2 O 3 , SnO 2 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , CoO, WO 3 , NiO, and their combinations, including oxides of elements from the above list in variable valence states. For example, V 2 O 3 may provide better wettability and lower residence times or temperatures than V 2 O 5 during sintering (ie, homogenization steps).

Альтернативно, или в дополнение, по меньшей мере один порошкообразный легирующий элемент может включать элементарный металл. Неограничивающие примеры подходящих элементарных металлов включают Al, Mo, V, Nb, Та, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Zr, Sn, Ni, Si, и их комбинации. В одном примере по меньшей мере один порошкообразный легирующий элемент может включать гидрид металла. Неограничивающие примеры подходящих гидридов металлов включают гидрид алюминия, гидрид ванадия, гидрид ниобия, гидрид тантала, гидрид циркония, гидрид кремния, и их комбинации.Alternatively, or in addition, the at least one particulate alloying element may include an elemental metal. Non-limiting examples of suitable elemental metals include Al, Mo, V, Nb, Ta, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Zr, Sn, Ni, Si, and combinations thereof. In one example, the at least one powdered alloying element may include a metal hydride. Non-limiting examples of suitable metal hydrides include aluminum hydride, vanadium hydride, niobium hydride, tantalum hydride, zirconium hydride, silicon hydride, and combinations thereof.

В одном примере порошкообразный легирующий элемент может также включать смесь оксидов и элементарного порошка. Как бы то ни было, выбор порошкообразных легирующих элементов может зависеть от желательного продукта в виде титанового сплава. Надлежащие молярные соотношения элементарных металлов в сырьевом порошке могут быть выбраны, чтобы получить желательный сплав. Неограничивающие примеры титановых сплавов, которые могут быть получены, включают Ti-6Al-4V, Ti2,5Cu, Ti-8Mn, Ti-3Al-2,5V, Ti-5Al-2,5Fe, Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-15Mo-5Zr, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-8V3Al-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si, Ti-15Mo-3Al-2,7Nb-0,25Si, Ti-15Mo-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr-1Fe, и тому подобные.In one example, the powdered alloying element may also include a mixture of oxides and elemental powder. However, the choice of powdered alloying elements may depend on the desired titanium alloy product. Appropriate molar ratios of elemental metals in the raw material powder can be selected to obtain the desired alloy. Non-limiting examples of titanium alloys that can be prepared include Ti-6Al-4V, Ti2.5Cu, Ti-8Mn, Ti-3Al-2.5V, Ti-5Al-2.5Fe, Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb -13Zr, Ti-15Mo-5Zr, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-8V3Al-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si, Ti-15Mo-3Al-2.7Nb -0.25Si, Ti-15Mo-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr-1Fe, and the like.

Необязательно порошкообразный оксид металла или композитная порошкообразная смесь может быть получена перед совместным восстановлением, таким как предварительное восстановление, очистка, укрупнение частиц, гомогенизация, и тому подобные. Например, порошкообразный оксид металла может быть предварительно восстановлен до иного состояния окисления, отдельно от стадии совместного восстановления. В одном случае V2O5 может быть восстановлен до V2O3.Optionally, the metal oxide powder or composite powder mixture may be prepared prior to co-reduction such as pre-reduction, purification, particle coarsening, homogenization, and the like. For example, the powdered metal oxide may be pre-reduced to a different oxidation state, separate from the co-reduction step. In one case, V 2 O 5 can be reduced to V2O3.

В некоторых случаях получение смеси композитных дисперсных оксидов может включать снижение содержания примесей. Например, порошок TiO2 и/или порошкообразные легирующие элементы могут быть подвергнуты предварительному выщелачиванию для удаления примесей, которые нежелательны (то есть, мешают обработке или снижают ценность конечного продукта). Неограничивающие примеры примесей, которые могут быть удалены, включают кремний, оксид кремния, алюминий, хром, ванадий, натрий, железо, магний, и тому подобные. Содержание примесей может быть сокращено, или они могут быть удалены любым подходящим способом, таким, но без ограничения, как выщелачивание (например, раствором NaOH), электролиз, осаждение, вымывание, и тому подобные. Например, в зависимости от качества исходного сырья и желательного качества конечного продукта в виде сплава, кремний может быть удален растворением в кислоте или осаждением. В некоторых случаях желательное содержание кремния в конечном титановом сплаве как продукте может быть меньше, чем около 0,1 вес.%, и в некоторых случаях менее 0,04 вес.%. Соответственно этому для дополнительного снижения содержания кремния может быть выполнена необязательная стадия десиликации. В качестве общего принципа, может быть желательным снижение содержания кремния в твердых веществах до уровня менее 0,04 вес.% и часто менее 0,015 вес.%.In some cases, producing a mixture of composite dispersed oxides may involve reducing the content of impurities. For example, TiO2 powder and/or alloying element powders may be pre-leached to remove impurities that are undesirable (ie, interfere with processing or detract from the value of the final product). Non-limiting examples of impurities that may be removed include silicon, silica, aluminum, chromium, vanadium, sodium, iron, magnesium, and the like. The impurities may be reduced or removed by any suitable method, such as, but not limited to, leaching (eg, NaOH solution), electrolysis, precipitation, leaching, and the like. For example, depending on the quality of the starting material and the desired quality of the final alloy product, silicon may be removed by acid dissolution or precipitation. In some cases, the desired silicon content in the final titanium alloy product may be less than about 0.1 wt.%, and in some cases less than 0.04 wt.%. Accordingly, an optional desilication step may be performed to further reduce the silicon content. As a general principle, it may be desirable to reduce the silicon content of the solids to less than 0.04 wt.% and often less than 0.015 wt.%.

В других случаях, в качестве проведения предварительного восстановления может быть желательным корректирование величины частиц до желательного заданного размера. В одном конкретном приме- 5 045179 ре смесь композитных дисперсных оксидов может быть укрупнена размалыванием, гомогенизацией, высушиванием и измельчением, удалением связующего материала и спеканием, и дроблением. Размалывание порошка TiO2 и по меньшей мере одного порошкообразного легирующего элемента может образовывать оксидный сырьевой порошок, имеющий заданный размер частиц. Размалывание может быть выполнено для достижения заданного размера частиц от 100 до 1000 нм, и чаще всего от 200 до 600 нм.In other cases, as part of the pre-reduction, it may be desirable to adjust the particle size to a desired target size. In one specific example, a mixture of composite dispersed oxides can be aggregated by grinding, homogenizing, drying and grinding, debinding and sintering, and crushing. Grinding the TiO2 powder and at least one alloying element powder can form an oxide raw material powder having a predetermined particle size. Grinding can be performed to achieve a target particle size of 100 to 1000 nm, and most commonly 200 to 600 nm.

Гомогенизация оксидного сырьевого порошка может образовывать композитный однородный агломерат. Гомогенизация может быть проведена перемешиванием оксидного сырьевого порошка в смеси воды и подходящего суспендирующего агента. Суспендирующий агент может служить для суспендирования частиц в воде для обеспечения более равномерного смешения при последующем высушивании. Неограничивающие примеры суспендирующих агентов могут включать полиэтиленгликоль (PEG), поливиниловый спирт (PVA), и тому подобные. Массовое отношение оксидного сырьевого порошка к воде может варьировать в любом функциональном количестве для обеспечения однородного смешения порошков. Однако в качестве общего принципа массовое отношение воды к сырьевому порошку может составлять от около 0,5:1 до 3:1, от 0,8:1 до 1,5:1, и в некоторых случаях около 1:1. Суспендирующий агент также может быть введен в количестве, достаточном для создания однородной смеси порошков. В качестве общего принципа, суспендирующий агент может составлять от 0,5 до 5 вес.% смеси оксидов. Вода необязательно может быть предварительно нагрета для полного и быстрого растворения PEG или других суспендирующих агентов.Homogenization of the oxide raw material powder can form a composite homogeneous agglomerate. Homogenization can be accomplished by mixing the oxide raw material powder in a mixture of water and a suitable suspending agent. A suspending agent may serve to suspend the particles in water to provide more uniform mixing during subsequent drying. Non-limiting examples of suspending agents may include polyethylene glycol (PEG), polyvinyl alcohol (PVA), and the like. The weight ratio of the oxide raw material powder to water can be varied in any functional amount to ensure uniform mixing of the powders. However, as a general principle, the weight ratio of water to raw powder may be from about 0.5:1 to 3:1, from 0.8:1 to 1.5:1, and in some cases about 1:1. The suspending agent may also be added in an amount sufficient to create a homogeneous mixture of powders. As a general principle, the suspending agent may comprise from 0.5 to 5% by weight of the oxide mixture. The water may optionally be preheated to completely and quickly dissolve the PEG or other suspending agents.

Высушиванием и измельчением композитного однородного агломерата может быть получен гомогенизированный композитный оксидный порошок. Высушивание может быть проведено при температурах выше температуры выпаривания воды, тогда как измельчение может быть выполнено для разделения агломерата. Как правило, измельчение скорее может включать только высвобождение агломерированных частиц, нежели сокращение размера частиц. В качестве общего принципа, размеры высушенных и измельченных порошков могут варьировать в диапазоне от около 50 до 200 меш и в одном примере составлять 100 меш.By drying and grinding the composite homogeneous agglomerate, a homogenized composite oxide powder can be obtained. Drying can be carried out at temperatures above the water evaporation temperature, while grinding can be carried out to separate the agglomerate. In general, comminution may involve only releasing agglomerated particles rather than reducing particle size. As a general principle, the sizes of the dried and ground powders can range from about 50 to 200 mesh, and in one example be 100 mesh.

Удалением связующего материала и спеканием гомогенизированного композитного оксидного порошка может быть получен спеченный композитный оксидный материал. Удаление связующего материала и спекание могут быть выполнены при атмосферных давлениях, тогда как удаление связующего материала и спекание обычно проводят в многочисленных стадиях, например, в стадии низкотемпературного удаления связующего материала и стадии высокотемпературного удаления связующего материала. Например, температура удаления связующего материала обычно может быть в диапазоне от около 100°С до около 400°С. Как только удаление связующего материала завершено, смесь может быть нагрета до температуры спекания от около 1000 до 1800°С. Стадия спекания может быть проведена для укрупнения оксидных частиц. Удаление связующего материала и спекание могут быть выполнены в единственной стадии нагревания, хотя обычно могут быть использованы многочисленные стадии нагревания. Длительности удаления связующего материала и спекания, как правило, могут составлять от около 2 ч до около 24 ч и чаще всего от около 3 ч до 8 ч. Подобным образом, спекание обычно может быть проведено в течение времени от около 2 ч до около 8 ч. Промежуточные стадии нагревания для достижения температур удаления связующего материала и спекания, а также охлаждения до комнатной температуры, также могут приводить к совокупной продолжительности удаления связующего материала и спекания от около 12 до 48 ч. В некоторых случаях удаление связующего материала и спекание могут действовать как стадия гомогенизации, чтобы повысить однородность распределения Ti и порошка легирующего металла во всем композитном порошке.By removing the binder material and sintering the homogenized composite oxide powder, a sintered composite oxide material can be obtained. Debinding and sintering can be performed at atmospheric pressures, while debinding and sintering are typically carried out in multiple stages, for example, a low temperature debinding stage and a high temperature debinding stage. For example, the debinding temperature may typically range from about 100°C to about 400°C. Once removal of the binder material is complete, the mixture can be heated to a sintering temperature of about 1000 to 1800°C. A sintering step can be carried out to enlarge the oxide particles. Debinding and sintering can be accomplished in a single heating step, although typically multiple heating steps can be used. Debinding and sintering times can typically be from about 2 hours to about 24 hours, and most typically from about 3 hours to 8 hours. Likewise, sintering can typically be carried out for a time from about 2 hours to about 8 hours Intermediate heating steps to reach debinding and sintering temperatures, as well as cooling to room temperature, can also result in a cumulative debinding and sintering time of about 12 to 48 hours. In some cases, debinding and sintering may act as a step homogenization to improve the uniformity of distribution of Ti and alloy metal powder throughout the composite powder.

Спекание также может обусловливать некоторое агломерирование порошка. В результате этого для разделения агломерированного порошка может быть выполнена стадия измельчения. Спеченный композитный оксидный порошок может быть в форме агломерированных частиц, каждая из которых имеет различные оксиды металлов, физически связанные друг с другом, или может быть смесью, где каждая частица представляет собой единственный оксид металла. Независимо от этого, измельчение спеченного композитного оксидного материала приводит к образованию спеченного гомогенизированного композитного оксидного порошка, имеющего увеличенный размер частиц относительно заданной величины частиц. Увеличенный размер частиц может варьировать, но, как правило, составляет от около 0,5 мкм до около 300 мкм и часто от около 10 мкм до около 250 мкм, и в некоторых случаях от 25 мкм до 50 мкм. Такое увеличение размера частиц сырьевого порошка может сокращать вероятности нежелательного выгорания, и иным образом стабилизировать подаваемый порошок.Sintering may also cause some agglomeration of the powder. As a result, a grinding step can be performed to separate the agglomerated powder. The sintered composite oxide powder may be in the form of agglomerated particles, each having different metal oxides physically associated with each other, or may be a mixture where each particle is a single metal oxide. Regardless, grinding the sintered composite oxide material results in the formation of a sintered homogenized composite oxide powder having an increased particle size relative to a given particle size. The increased particle size may vary, but is typically from about 0.5 μm to about 300 μm, and often from about 10 μm to about 250 μm, and in some cases from 25 μm to 50 μm. Such an increase in the particle size of the feed powder may reduce the likelihood of unwanted burnout, and otherwise stabilize the feed powder.

Совместное восстановление смеси композитных дисперсных оксидов может включать подвергание смеси воздействию металлического восстановителя в водородной атмосфере при температуре восстановления для получения продукта в виде гидрированного титанового сплава. Как правило, металлический восстановитель в виде твердого дисперсного материала может быть физически смешан со смесью композитных дисперсных оксидов, и затем нагрет до температуры восстановления. Металлический восстановитель может иметь более высокий окислительный потенциал, чем у титана. Присутствие водорода содействует дестабилизации Ti-O-системы и облегчает восстановление смеси оксидов металлическим восстановителем. После восстановления восстановленный продукт охлаждают от температуры восстановле- 6 045179 ния до комнатной температуры. Сохранение водородной атмосферы во время охлаждения будет приводить к образованию гидрида титана. Точное содержание водорода в Ti-сплаве зависит от конкретных температур и времени выдерживания при этих температурах. Как правило, при охлаждении печи титановый продукт в конце будет представлять собой гидриды титана как продукты с 3-4 вес.% водорода. В стадии совместного восстановления образуется гидрированный титановый сплав как продукт, химически отделенный от металлических примесей. Химически отделенный означает, что титан не является сплавленным или химически связанным с другими металлическими примесями, иными, нежели легирующие элементы.Co-reduction of the composite dispersed oxide mixture may involve exposing the mixture to a metal reducing agent in a hydrogen atmosphere at the reduction temperature to produce a hydrogenated titanium alloy product. Typically, a metal reducing agent in the form of a solid particulate material can be physically mixed with a mixture of composite dispersed oxides, and then heated to the reduction temperature. The metallic reducing agent may have a higher oxidation potential than titanium. The presence of hydrogen contributes to the destabilization of the Ti-O system and facilitates the reduction of the oxide mixture with a metallic reducing agent. After reduction, the reduced product is cooled from the reduction temperature to room temperature. Maintaining a hydrogen atmosphere during cooling will result in the formation of titanium hydride. The exact hydrogen content of a Ti alloy depends on the specific temperatures and the time spent at those temperatures. Typically, as the furnace cools, the titanium product will end up as titanium hydrides as products with 3-4 wt% hydrogen. In the co-reduction stage, a hydrogenated titanium alloy is formed as a product chemically separated from metal impurities. Chemically separated means that the titanium is not fused or chemically bonded with other metallic impurities other than alloying elements.

Металлический восстановитель может представлять собой по меньшей мере один из магниевого восстановителя и кальциевого восстановителя. В одном примере металлический восстановитель представляет собой магниевый восстановитель, включающий Mg. Необязательно может быть добавлен MgCl2 и примешан для стимулирования реакции. В принципе, реакция восстановления может протекать только под действием Mg and H2. Однако, чтобы повысить кинетическую характеристику скорости реакции, реакция может быть проведена в среде расплавленной соли. Например, может быть использован MgCl2. При температуре реакции MgCl2 находится в расплавленном состоянии, что стимулирует реакцию, но он не участвует в реакции восстановления. Температура восстановления для магниевого металлического восстановителя, как правило, может быть в диапазоне от около 600 до около 950°С и чаще всего от около 645 до 800°С. Восстановитель может присутствовать в массовом отношении оксидов к восстановителю от 1:1 до 1:5 и чаще всего от около 1:1 до 1:2. Хотя это описано здесь более подробно, металлический восстановитель может быть введен по меньшей мере в стехиометрических количествах, и в некоторых случаях вплоть до 6-кратного молярного количества Ti и легирующих элементов.The metal reducing agent may be at least one of a magnesium reducing agent and a calcium reducing agent. In one example, the metal reducing agent is a magnesium reducing agent including Mg. Optionally, MgCl2 may be added and mixed to stimulate the reaction. In principle, the reduction reaction can only occur under the influence of Mg and H2. However, to improve the kinetic performance of the reaction rate, the reaction can be carried out in a molten salt environment. For example, MgCl2 can be used. At the reaction temperature, MgCl2 is in a molten state, which stimulates the reaction, but it does not participate in the reduction reaction. The reduction temperature for the magnesium metal reducing agent may typically be in the range of about 600°C to about 950°C, and most commonly from about 645°C to 800°C. The reducing agent may be present in a weight ratio of oxides to reducing agent from 1:1 to 1:5 and most commonly from about 1:1 to 1:2. Although described in more detail here, the metal reducing agent can be added in at least stoichiometric amounts, and in some cases up to 6 times the molar amount of Ti and alloying elements.

Например, фиг. 2 иллюстрирует относительное совместное восстановление определенных оксидов в стехиометрических количествах Mg в водороде. Фиг. 2В представляет воспроизведение фиг. 2А с увеличенной у-осью, чтобы более подробно показать соотношения гидридов и оксидов. Следует отметить, что количество TiO значительно возрастает при температуре выше чем около 600°С. Кроме того, А1 присутствует как TiAl при температуре от около 500 до 800°С, тогда как V присутствует в виде элементарного V при всех температурах. Подобным образом, фиг. 2С иллюстрирует относительное совместное восстановление в водороде определенных оксидов с 1,2-кратными количествами Mg относительно стехиометрического соотношения. Следует отметить, что количество TiO значительно сокращается при температуре выше 700°С, сравнительно с количеством TiO в системе с 1-кратными стехиометрическими количествами Mg (фиг. 2А). Фиг. 2D иллюстрирует относительное совместное восстановление в водороде определенных оксидов с 1,5-кратными количествами Mg относительно стехиометрического соотношения. Количество TiO дополнительно снижается при температуре выше 700°С с этим 1,5-кратным увеличением стехиометрического содержания Mg, сравнительно с фиг. 2А и В. Фиг. 2В, С и D показывают влияние количеств Mg на количество TiO при температуре выше 700°С, например, чем больше остается TiO, тем в меньшей мере завершается восстановление. В качестве точки сравнения фиг. 2Е и 2F иллюстрируют относительное совместное восстановление в аргоне этих оксидов с 1,2- и 1,5-кратным стехиометрическим соотношением. Примечательно, что применение аргона вместо водорода приводит к более независимой от температуры вариации, и создает больше TiO при повышенных температурах, сравнительно с совместным восстановлением в водороде.For example, FIG. 2 illustrates the relative co-reduction of certain oxides in stoichiometric amounts of Mg in hydrogen. Fig. 2B is a reproduction of FIG. 2A with the y-axis enlarged to show the ratios of hydrides and oxides in more detail. It should be noted that the amount of TiO increases significantly at temperatures higher than about 600°C. In addition, A1 is present as TiAl at temperatures from about 500 to 800°C, while V is present as elemental V at all temperatures. Likewise, FIG. 2C illustrates the relative co-reduction in hydrogen of certain oxides with 1.2 times the stoichiometric ratio of Mg. It should be noted that the amount of TiO is significantly reduced at temperatures above 700°C, compared to the amount of TiO in a system with 1-fold stoichiometric amounts of Mg (Fig. 2A). Fig. 2D illustrates the relative co-reduction in hydrogen of certain oxides with 1.5 times the stoichiometric amounts of Mg. The amount of TiO decreases further above 700°C with this 1.5-fold increase in stoichiometric Mg content compared to FIG. 2A and B. FIG. 2B, C and D show the effect of the amounts of Mg on the amount of TiO at temperatures above 700°C, for example, the more TiO remains, the less complete the reduction. As a point of comparison, FIG. 2E and 2F illustrate the relative co-reduction in argon of these oxides at 1.2- and 1.5-fold stoichiometric ratios. It is noteworthy that the use of argon instead of hydrogen results in a more temperature-independent variation, and creates more TiO at elevated temperatures, compared to co-reduction in hydrogen.

В альтернативном варианте металлический восстановитель может быть одним или обоими из Са и СаН2. Кальций может быть эффективным, хотя температура восстановления должна быть от около 750 до 850°С, которая в общем является более высокой, чем в случае Mg в качестве восстановителей. Независимо от выбранного восстановителя, температура восстановленя может быть достаточной для поддерживания металлического восстановителя в расплавленном состоянии во время совместного восстановления (например, 649°С для Mg, 714°C для MgCl2, 842°C для Са и 772°С для CaCl2).Alternatively, the metal reducing agent may be one or both of Ca and CaH 2 . Calcium can be effective, although the reduction temperature must be from about 750 to 850°C, which is generally higher than for Mg as reducing agents. Regardless of the reducing agent chosen, the reduction temperature may be sufficient to maintain the metal reducing agent in a molten state during co-reduction (e.g., 649°C for Mg, 714°C for MgCl 2 , 842°C for Ca, and 772°C for CaCl 2 ) .

В еще одном альтернативном варианте, расплавленные соли могут быть использованы для облегчения процесса совместного восстановления, поскольку кинетические скорости реакций могут быть улучшены применением приведенной в жидкое состояние соли. Более конкретно, расплавленные соли имеют очень высокую проводимость и облегчают перенос электронов во время реакции восстановления. Расплавленные соли также действуют так, что способствуют растворению побочных продуктов, таких как MgO или СаО, во время процесса восстановления. В дополнение к монометаллическому хлориду, бинарные соли, такие как MgCl2+NaCl, MgCl2+KCl, и MgQ2+CaCl2, могут быть использованы вместе с другими двойными и тройными солевыми смесями.In yet another alternative, molten salts can be used to facilitate the co-reduction process since the kinetic rates of the reactions can be improved by the use of the liquidized salt. More specifically, molten salts have very high conductivity and facilitate electron transfer during the reduction reaction. Molten salts also act to help dissolve by-products such as MgO or CaO during the reduction process. In addition to monometallic chloride, binary salts such as MgCl 2 +NaCl, MgCl 2 +KCl, and MgQ 2 +CaCl 2 can be used in conjunction with other binary and ternary salt mixtures.

Независимо от конкретных металлических восстановителей концентрация газообразного водорода может поддерживаться во время совместного восстановления так, чтобы образовывать гидрированный титановый сплав как продукт. Совместное восстановление, как правило, включает три стадии, то есть, начальное нагревание, стадию выдерживания и охлаждение. Начальное нагревание чаще всего может быть выполнено от примерно комнатной температуры до температуры восстановления. Во время начального нагревания может быть применен инертный газ, такой как аргон, хотя мог бы быть использован водород. В одном примере совместное восстановление проводят нагреванием до температуры восстановления в атмосфере инертного газа, и затем создают атмосферу водорода по достижении около 10% велиRegardless of the specific metal reducing agents, the concentration of hydrogen gas can be maintained during co-reduction so as to form a hydrogenated titanium alloy as a product. Co-reduction generally involves three stages, that is, an initial heating stage, a holding stage and a cooling stage. Initial heating can most often be done from about room temperature to reduction temperature. An inert gas such as argon may be used during the initial heating, although hydrogen could be used. In one example, co-reduction is carried out by heating to the reduction temperature under an inert gas atmosphere, and then creating a hydrogen atmosphere when about 10% hydrogen is reached.

- 7 045179 чины температуры восстановления. Температуры восстановления от около 700 до около 800°С могут быть применимыми в зависимости от выбранных восстановителей, в том числе смесей восстановителей. Температура восстановления может поддерживаться в течение желательного времени выдерживания, достаточного для совместного восстановления оксида титана и оксидов металлов. Длительности выдерживания могут варьировать, но, как правило, составляют от 4 до 24 ч, в некоторых случаях от 4 до 18 ч и чаще всего от 6 до 8 ч. Стадия совместного восстановления может проводиться в достаточной мере до достижения содержания кислорода в гидрированном титановом сплаве как продукте на уровне менее чем около 3 вес.% и чаще всего менее чем около 2 вес.%, и в некоторых случаях около 1 вес.%. Большинство этого остаточного кислорода находится в форме растворенного кислорода (то есть, твердого раствора) в металлическом сплаве.- 7 045179 ranks of recovery temperature. Reduction temperatures from about 700 to about 800°C may be applicable depending on the selected reducing agents, including mixtures of reducing agents. The reduction temperature can be maintained for a desired holding time sufficient to co-reduce the titanium oxide and metal oxides. Holding times may vary, but are typically 4 to 24 hours, in some cases 4 to 18 hours, and most commonly 6 to 8 hours. The co-reduction step can be carried out sufficiently until the oxygen content of the hydrogenated titanium alloy is reached. as a product at a level of less than about 3 wt.% and most often less than about 2 wt.%, and in some cases about 1 wt.%. Most of this residual oxygen is in the form of dissolved oxygen (i.e., solid solution) in the metal alloy.

Термодинамическая движущая сила для восстановления TiO2 с использованием Mg может быть значительно повышена в присутствии водорода. Водород действует как средство временной дестабилизации (например, легирующего элемента), способствуя восстановлению TiO2 и оксидов легирующих металлов во время стадии восстановления. Присутствие водорода во время деоксигенирования может обеспечивать удаление кислорода действием Mg (то есть, или Са), пока содержание кислорода не станет достаточно низким (то есть, <0,2 вес.%). Однако содержание водорода в Ti является функцией температуры. Например, при относительно высоких температурах (>400°С) Ti содержит водород, но он неравномерно присутствует в виде гидрида. Скорее водород может быть растворен в Ti до некоторой степени без образования гидрида, то есть, TiH2 или TiH2-x. Хотя давления могут варьировать, давление при восстановлении обычно является примерно атмосферным, и, как правило, в пределах около 100% атмосферного давления.The thermodynamic driving force for reduction of TiO 2 using Mg can be significantly increased in the presence of hydrogen. Hydrogen acts as a temporary destabilizer (eg, of the alloying element), promoting the reduction of TiO 2 and alloying metal oxides during the reduction stage. The presence of hydrogen during deoxygenation may allow oxygen removal by Mg (ie, or Ca) until the oxygen content is sufficiently low (ie, <0.2 wt%). However, the hydrogen content of Ti is a function of temperature. For example, at relatively high temperatures (>400°C) Ti contains hydrogen, but it is not uniformly present as a hydride. Rather, hydrogen can be dissolved in Ti to some extent without forming a hydride, that is, TiH 2 or TiH 2 - x . Although pressures may vary, recovery pressure is usually approximately atmospheric, and typically within about 100% atmospheric pressure.

В дополнение, образование скорее TiH2, нежели металлического Ti, является благоприятным, поскольку металлический титан больше склонен к формированию сплавов с другими элементами, такими как Fe, удаление которого может быть затруднительным. В дополнение, TiH2 имеет совершенно уникальные химические свойства. Он не растворяется в воде, устойчив к умеренно кислотным растворам, и создает минимальную или никакую растворимость для других примесей в обогащенном TiO2 материале. Кроме того, TiH2 невосприимчив к захватыванию кислорода, по сравнению с металлическим Ti, что способствует удерживанию уровней кислорода низкими в конечном металлическом продукте. Следует отметить, что нерастворимость TiH2 в воде обусловлена кинетической пассивацией его водой. При температуре восстановления, которая в этом процессе является высокой температурой, содержание водорода в Ti является относительно низким. Сплав (то есть, Ti плюс легирующие металлы) представляет собой твердый раствор водорода в Ti. При этой температуре может происходить легирование. Однако после охлаждения материала в водородной атмосфере, поскольку содержание водорода в Ti возрастает, он будет постепенно преобразовываться в TiH2. После того, как он образует TiH2, его будет более затруднительно, чем если бы он был металлическим Ti, растворять в любом из многих легирующих элементов. Соответственно этому, этот способ обеспечивает регулирование легирования, где TiH2 действует как фактор ограничения легирования до тех металлов, которые должны быть введены преднамеренно. Эти свойства приводят к состоянию, в котором продукт прямого восстановления очищенного TiO2 может быть последовательно подвергнут выщелачиванию для удаления других загрязняющих элементов, для отделения и очистки TiH2. Хотя химическая устойчивость TiH2 обеспечивает возможность отделения его от других примесей, если размер частиц TiH2 слишком мал, например, в субмикрометрическом масштабе, он также может становиться растворимым в тех растворах.In addition, the formation of TiH 2 rather than Ti metal is advantageous because titanium metal is more prone to form alloys with other elements such as Fe, which can be difficult to remove. In addition, TiH 2 has completely unique chemical properties. It is insoluble in water, resistant to mildly acidic solutions, and provides minimal or no solubility to other impurities in TiO2 enriched material. In addition, TiH 2 is not susceptible to oxygen scavenging compared to metallic Ti, which helps keep oxygen levels low in the final metal product. It should be noted that the insolubility of TiH 2 in water is due to its kinetic passivation by water. At the reduction temperature, which is a high temperature in this process, the hydrogen content of Ti is relatively low. The alloy (that is, Ti plus alloying metals) is a solid solution of hydrogen in Ti. At this temperature, doping can occur. However, after cooling the material in a hydrogen atmosphere, as the hydrogen content of Ti increases, it will gradually transform into TiH 2 . Once it forms TiH 2 , it will be more difficult than if it were Ti metal to be dissolved in any of the many alloying elements. Accordingly, this method provides alloy control, where TiH2 acts as a limiting factor for alloying to those metals that must be intentionally introduced. These properties result in a condition in which the direct reduction product of purified TiO2 can be subsequently leached to remove other contaminants to separate and purify the TiH2. Although the chemical stability of TiH2 makes it possible to separate it from other impurities, if the particle size of TiH2 is too small, for example on the submicrometric scale, it can also become soluble in those solutions.

В одном примере стадия охлаждения может предусматривать водородную атмосферу, где необязательно включен инертный газ. Концентрация необязательного инертного газа может варьировать, чтобы тщательно поддерживать гидрирование и формирование TiH2. Таким образом, после восстановления, термической обработки и деоксигенирования материал титанового сплава может быть охлажден. Во время охлаждения равновесное содержание водорода в Ti будет возрастать со снижением температуры, при том же давлении (например, 1 атм (0,1 МПа) и потоке газообразного водорода). После того, как продукт был полностью охлажден до комнатной температуры, титан по большей части находится в состоянии гидрида.In one example, the cooling step may include a hydrogen atmosphere, wherein an inert gas is optionally included. The concentration of the optional inert gas can be varied to carefully support hydrogenation and formation of TiH 2 . Thus, after reduction, heat treatment and deoxygenation, the titanium alloy material can be cooled. During cooling, the equilibrium hydrogen content of Ti will increase with decreasing temperature, at the same pressure (eg 1 atm (0.1 MPa) and hydrogen gas flow). Once the product has been completely cooled to room temperature, the titanium is mostly in the hydride state.

Примечательно, что совместное восстановление склонно образовывать пористый материал, имеющий увеличенную площадь поверхности. Хотя результаты могут варьировать, гидрированный титановый сплав как продукт является дисперсным, который может иметь удельную площадь поверхности от 0,1 до 100 м2/г и средний диаметр частиц от 1 до 100 мкм. Размер и морфология пористого материала, как правило, наследуются гидрированным сплавом как продуктом, образованным восстановлением посредством Mg в водороде.Notably, co-reduction tends to form a porous material having an increased surface area. Although results may vary, hydrogenated titanium alloy as a product is particulate, which can have a specific surface area from 0.1 to 100 m 2 /g and an average particle diameter from 1 to 100 microns. The size and morphology of the porous material is generally inherited by the hydrogenated alloy as a product formed by reduction with Mg in hydrogen.

После совместного восстановления гидрированный титановый сплав как продукт может включать гидрид титанового сплава, гидрид титана, гидриды легирующих металлов, чистый элементарный титан, и прочие элементарные легирующие металлы, в то же время также включая MgO как побочный продукт совместного восстановления вместе с непрореагировавшим MgCl2. MgO может быть удален в стадии выщелачивания. Например, для выщелачивания MgO и оставления продукта, обогащенного гидрированAfter co-reduction, the hydrogenated titanium alloy product may include titanium alloy hydride, titanium hydride, alloying metal hydrides, pure elemental titanium, and other elemental alloying metals, while also including MgO as a by-product of co-reduction along with unreacted MgCl 2 . MgO can be removed in a leaching step. For example, for leaching MgO and leaving a product enriched with hydrogenated

- 8 045179 ным титановым сплавом, могут быть применены слабые кислоты, такие, но без ограничения этим, как разбавленная HCl, органические кислоты, раствор HCl-HNO3, уксусная кислота, хлорид аммония, и тому подобные. Разбавленный водный раствор HCl является особенно эффективным для вымывания MgO с получением чистого очищенного продукта в виде гидрированного титанового сплава. Как правило, этот сплав как продукт может иметь содержание титана более чем около 95 вес.%. Полученная соляная кислота может быть при необходимости повторно использована в процессе выщелачивания, и остаток продан.- 8 045179 titanium alloy, weak acids can be used, such as, but not limited to, dilute HCl, organic acids, HCl-HNO 3 solution, acetic acid, ammonium chloride, and the like. A dilute aqueous solution of HCl is particularly effective in washing away MgO to provide a pure, purified hydrogenated titanium alloy product. Typically, the alloy product may have a titanium content of greater than about 95 wt.%. The resulting hydrochloric acid can be reused in the leaching process if necessary, and the remainder is sold.

После совместного восстановления может быть проведена стадия термической обработки нагреванием до температуры термической обработки, чтобы уплотнить и укрупнить порошок, результатом которой является сокращение величины пор и уменьшение удельной площади поверхности. Термическая обработка также может обеспечивать более однородный размер частиц и морфологию наружной поверхности. В качестве примера температуры термической обработки составляют от 700 до 1500°С и в некоторых случаях около 1100°С. Кроме того, применяют водородную атмосферу, когда гидрированный титановый сплав как продукт нагревают до температуры термической обработки. Во время термической обработки может быть использован инертный газ, когда гидрированный титановый сплав как продукт нагревают до температуры термической обработки, и затем заменяют его на водородную атмосферу (например, необязательно смешанную с инертным газом). Термическая обработка может включать время выдерживания при температуре термической обработки в водородной атмосфере. Хотя условия могут варьировать, могут быть достаточными длительности выдерживания от около 1 мин до 10 ч и чаще всего от 1 до 4 ч. Охлаждение после термической обработки, как правило, может включать сохранение по меньшей мере достаточного газообразного водорода для поддерживания гидрирования продукта в виде гидрированного титанового сплава. Так в некоторых случаях смесь водорода и инертного газа (например, аргона) может сохраняться во время охлаждения, хотя только один водород также мог бы быть использован во время охлаждения. Водородная атмосфера также может поддерживаться во время охлаждения, чтобы контролировать содержание водорода в охлажденном продукте. Например, чрезмерно высокое содержание водорода может сделать продукт хрупким. На этой стадии хрупкий материал может быть желательным, так как он может быть измельчен на частицы с заданным размером. После термической обработки частицы могут быть связаны друг с другом с образованием агломерированной объемистой массы. Чтобы получить порошкообразный продукт, желательно быть в состоянии разрушить объемистую массу в порошок с желательным размером частиц. Если во время охлаждения не применяют водород, будет получен металлический Ti, превращение которого в порошок может оказаться весьма затруднительным. Еще одно преимущество формирования гидрида после термической обработки состоит в предотвращении захватывания материалом чрезмерного количества кислорода. Некоторого незначительного поглощения кислорода трудно избежать, но такое поглощение кислорода, как правило, должно быть сведено к минимуму. В качестве общего принципа стадия термической обработки регулирует содержание водорода в термически обработанном порошке, варьирующее между долей немногого процента, и часто между 0,5 и 3,0%, корректированием концентрации водорода в водородной атмосфере. В некоторых случаях порошок гидрированного титанового сплава с небольшой величиной содержания водорода (например, от 1,0 до 2 вес.%) является благоприятным для разделения частиц, которые могут быть частично связанными во время термической обработки.After co-reduction, a heat treatment step may be carried out by heating to a heat treatment temperature to compact and coarse the powder, resulting in a reduction in pore size and a reduction in specific surface area. Heat treatment can also provide more uniform particle size and outer surface morphology. By way of example, heat treatment temperatures range from 700 to 1500°C and in some cases around 1100°C. In addition, a hydrogen atmosphere is used when the hydrogenated titanium alloy product is heated to a heat treatment temperature. During heat treatment, an inert gas may be used where the hydrogenated titanium alloy product is heated to the heat treatment temperature and then replaced with a hydrogen atmosphere (eg, optionally mixed with an inert gas). The heat treatment may include a time at the heat treatment temperature in a hydrogen atmosphere. Although conditions may vary, holding times of from about 1 minute to 10 hours, and most commonly from 1 to 4 hours, may be sufficient. Cooling after heat treatment may generally involve retaining at least sufficient hydrogen gas to maintain hydrogenation of the product as hydrogenated titanium alloy. Thus, in some cases, a mixture of hydrogen and an inert gas (eg argon) may be maintained during cooling, although hydrogen alone might also be used during cooling. A hydrogen atmosphere may also be maintained during cooling to control the hydrogen content of the refrigerated product. For example, excessively high hydrogen content can make the product brittle. At this stage, brittle material may be desirable so that it can be crushed into particles of a given size. After heat treatment, the particles can be bonded to each other to form an agglomerated bulk mass. To obtain a powdered product, it is desirable to be able to break down the bulk mass into a powder of the desired particle size. If hydrogen is not used during cooling, metallic Ti will be produced, which may be very difficult to turn into powder. Another benefit of forming a hydride after heat treatment is to prevent the material from trapping excessive amounts of oxygen. Some minor oxygen uptake is difficult to avoid, but such oxygen uptake should generally be kept to a minimum. As a general principle, the heat treatment step controls the hydrogen content of the heat treated powder to vary between a fraction of a small percentage, and often between 0.5 and 3.0%, by adjusting the hydrogen concentration in the hydrogen atmosphere. In some cases, hydrogenated titanium alloy powder with a small amount of hydrogen content (eg, 1.0 to 2 wt.%) is beneficial for separating particles that may be partially bound during heat treatment.

Хотя укрупнение посредством термической обработки может варьировать в зависимости от материалов и условий, в качестве общего правила, порошок с укрупненными частицами может быть в форме агломерированного пористого сыпучего материала, который может быть измельчен и, необязательно, размолот до частиц желательного заданного размера. Размер частиц после измельчения и размалывания зависит от степени измельчения. Термическая обработка закрывает мелкие поры, обеспечивая размеры пор менее 10 микрон (мкм). Поэтому после проведения измельчения в порошок с размерами частиц в диапазоне 10-100 микрон (мкм) индивидуальные частицы представляют собой сплошные частицы. Без термической обработки, без закрывания мелких пор, частицы с размерами 10-100 микрон (мкм) будут представлять собой мелкопористую губку. В одном примере термически обработанный гидрированный титановый продукт представляет собой укрупненный порошок, имеющий более грубую удельную площадь поверхности от 0,01 до 0,5 м2/г и в некоторых случаях от 0,08 до 0,15 м2/г, и средний диаметр частиц от около 10 до около 1000 мкм и в некоторых случаях около 300 мкм, и часто от около 50 до около 150 мкм. Конкретный идеальный диапазон размеров также будет зависеть от предполагаемого применения порошка.Although coarsening by heat treatment may vary depending on materials and conditions, as a general rule, the coarsening powder may be in the form of an agglomerated porous particulate material that can be comminuted and optionally milled to the desired desired particle size. The particle size after crushing and grinding depends on the degree of grinding. The heat treatment closes the fine pores, achieving pore sizes of less than 10 microns (µm). Therefore, after grinding into powder with particle sizes in the range of 10-100 microns (μm), the individual particles are solid particles. Without heat treatment, without closing small pores, particles with sizes of 10-100 microns (µm) will be a finely porous sponge. In one example, the heat-treated hydrogenated titanium product is a coarse powder having a coarser specific surface area of from 0.01 to 0.5 m 2 /g and in some cases from 0.08 to 0.15 m 2 /g, and an average the particle diameter is from about 10 to about 1000 microns and in some cases about 300 microns, and often from about 50 to about 150 microns. The specific ideal size range will also depend on the intended use of the powder.

Размер и однородность дисперсного порошка могут влиять на качество и стабильность последующей обработки. Так, в некоторых случаях может быть желательным измельчение термически обработанного гидрированного титанового продукта для сокращения агломерирования и образования дисперсного порошка, имеющего средний размер частиц от 1 до 1000 мкм, предпочтительно 10-200 мкм.The size and uniformity of the dispersed powder can affect the quality and stability of subsequent processing. Thus, in some cases it may be desirable to grind the heat-treated hydrogenated titanium product to reduce agglomeration and form a dispersed powder having an average particle size of from 1 to 1000 microns, preferably 10-200 microns.

Хотя большинство кислорода, присутствющего в виде оксидов, может быть удалено в стадии совместного восстановления, остаточный кислород может присутствовать в форме небольших количеств оксидов и некоторого небольшого количества растворенного кислорода в твердом растворе. Кислород (О) имеет высокую растворимость в титане. В α-Ti растворимость составляет до 33,3 ат.% (14,3 вес.%).Although most of the oxygen present as oxides can be removed in the co-reduction step, residual oxygen may be present in the form of small amounts of oxides and some small amounts of dissolved oxygen in solid solution. Oxygen (O) has high solubility in titanium. In α-Ti, the solubility is up to 33.3 at.% (14.3 wt.%).

- 9 045179- 9 045179

Растворенный кислород также оказывает вредное влияние на механические свойства Ti- сплавов. Даже 0,35 вес.% кислорода могут значительно ухудшать механические свойства продуктов титановых сплавов, в особенности пластичность. Опять же, условия обработки могут обеспечивать переменные результаты содержания кислорода, гидрированный и термически обработанный титановый сплав как продукт все еще может иметь от около 0,5 до около 3 вес.% кислорода, что приблизительно является таким же, как содержание кислорода в продукте совместного восстановления до термической обработки.Dissolved oxygen also has a detrimental effect on the mechanical properties of Ti alloys. Even 0.35 wt.% oxygen can significantly degrade the mechanical properties of titanium alloy products, especially ductility. Again, processing conditions may provide variable oxygen content results, the hydrogenated and heat treated titanium alloy as a product may still have from about 0.5 to about 3 wt.% oxygen, which is approximately the same as the oxygen content of the co-reduction product before heat treatment.

Соответственно этому, проводят дополнительную отдельную стадию деоксигенирования для дополнительного снижения содержания кислорода. Деоксигенирование может быть выполнено нагреванием термически обработанного гидрированного титанового продукта с деоксигенирующим агентом при температуре деоксигенирования, и опять же в водородной атмосфере. Неограничивающие примеры подходящих деоксигенирующих агентов включают Mg, MgH2, Ca и СаН2. Как правило, деоксигенирование может быть стимулировано применением расплавленной соли в качестве деоксигенирующей среды для повышения кинетических скоростей реакции. Примеры расплавленных солей могут включать, но без ограничения этим, MgCl2 и CaCl2. В еще одном конкретном примере расплавленная соль может представлять собой эвтектическую соль галогенида кальция, включающую CaCl2 и по меньшей мере один из KCl, LiCl и NaCl. Неограничивающие примеры кальциевых солей могут включать СаС12, CaBr2, CaI2, CaCl2-LiCl, CaCl2-KCl, CaCl2-MgF2- CaC^-LiF, CaC^-KF, CaC^-NaF, CaC^-NaBr, CaC^-LiBr, CaC^-KBr, CaCl2-NaI, CaCl2-LiI, CaCl2-KI, CaBr2-LiCl, CaBr2-KCl, CaBr2-MgF2, CaBr2-LiF, CaBr2-KF, CaBr2-NaF, CaBr2-NaBr, CaBr2-LiBr, CaBr2-KBr, CaBr2-NaI, CaBr2-LiI, CaBr2-KI, CaI2-LiCl, CaI2-KCl, CaI2-MgF2, CaI2LiF, CaI2-KF, CaI2-NaBr, CaI2-LiBr, CaI2-KBr, CaI2-NaI, CaI2-LiI, CaI2-KI, CaCl2-CaBr2, CaCl2-CaI2, CaCl2CaF2, CaBr2-CaI2, CaBr2-CaF2, CaI2-CaF2 и их комбинации.Accordingly, an additional separate deoxygenation step is carried out to further reduce the oxygen content. Deoxygenation can be accomplished by heating the heat-treated hydrogenated titanium product with a deoxygenation agent at the deoxygenation temperature, again under a hydrogen atmosphere. Non-limiting examples of suitable deoxygenating agents include Mg, MgH2, Ca and CaH2. Typically, deoxygenation can be stimulated by using molten salt as a deoxygenation medium to increase the kinetic rates of the reaction. Examples of molten salts may include, but are not limited to, MgCl2 and CaCl2. In yet another specific example, the molten salt may be a eutectic calcium halide salt comprising CaCl 2 and at least one of KCl, LiCl and NaCl. Non-limiting examples of calcium salts may include CaCl2, CaBr2, CaI2, CaCl2 -LiCl, CaCl2-KCl, CaCl2-MgF2-CaC^-LiF, CaC^-KF, CaC^-NaF, CaC^-NaBr, CaC^-LiBr, CaC^-KBr, CaCl2-NaI, CaCl2-LiI, CaCl2-KI, CaBr2-LiCl, CaBr2-KCl, CaBr2-MgF2, CaBr2-LiF, CaBr2-KF, CaBr2-NaF, CaBr2-NaBr, CaBr2-LiBr, CaBr2 -KBr, CaBr2-NaI, CaBr2-LiI, CaBr2-KI, CaI2-LiCl, CaI2-KCl, CaI2-MgF2, CaI2LiF, CaI2-KF, CaI2-NaBr, CaI2-LiBr, CaI2-KBr, CaI2-NaI, CaI2 -LiI, CaI2-KI, CaCl2-CaBr2, CaCl2-CaI2, CaCl2CaF2, CaBr2-CaI2, CaBr2-CaF2, CaI2-CaF2 and their combinations.

Как правило, эвтектическая соль галогенида кальция может быть смешана с твердым кальцием в присутствии продукта в виде титанового сплава при температурах ниже температуры плавления кальция. Эвтектическая соль галогенида кальция может быть сформирована смешением галогенида кальция с галогенидом щелочного металла и нагреванием до эвтектической температуры плавления ниже температуры плавления кальция (то есть, 842°С). Чаще всего эвтектическая температура плавления может составлять по меньшей мере величину по меньшей мере на 30°С ниже температуры деоксигенирования. В еще одном конкретном примере деоксигенирующий агент представляет собой Mg с MgCl2 в качестве среды расплавленной соли. При деоксигенировании также может быть использовано совсем небольшое количество деоксигенирующего агента. Например, может быть подходящим отношение термически обработанного гидрированного титанового продукта к деоксигенирующему агенту от 1:0,2 до 1:1.Typically, the calcium halide eutectic salt may be mixed with solid calcium in the presence of a titanium alloy product at temperatures below the melting point of calcium. The eutectic calcium halide salt can be formed by mixing calcium halide with an alkali metal halide and heating to a eutectic melting point below the melting point of calcium (ie, 842°C). Most often, the eutectic melting temperature may be at least 30°C below the deoxygenation temperature. In yet another specific example, the deoxygenating agent is Mg with MgCl 2 as the molten salt medium. In deoxygenation, very small amounts of deoxygenating agent may also be used. For example, a ratio of thermally treated hydrogenated titanium product to deoxygenating agent of 1:0.2 to 1:1 may be suitable.

Как правило, температура деоксигенирования является достаточной для расплавления как деоксигенирующего агента, так и солевой среды. Стадия деоксигенирования может быть проведена нагреванием термически обработанного гидрированного титанового продукта в атмосфере инертного газа до уровня в пределах около 10% температуры деоксигенирования, и затем поддерживанием водородной атмосферы в течение времени выдерживания деоксигенирования. В качестве примера, температура деоксигенирования может быть от 650 до 800°С. Как правило, температура деоксигенирования может быть достаточной для расплавления деоксигенирующего агента и любой соли как расплавленной солевой среды, в то же время также обеспечивая достаточную термодинамическую движущую силу для реакции. Как бы то ни было, деоксигенирование может иметь результатом сокращение остаточного кислорода в деоксигенированном гидрированном титановом продукте до менее чем 0,2 вес.% и в некоторых случаях до менее чем 0,15 вес.%. Кроме того, деоксигенированный гидрированный титановый продукт часто может иметь сниженную площадь поверхности, сравнительно с термически обработанным гидрированным титановым продуктом. В одном примере сниженная удельная площадь поверхности составляет от 0,05 до 0,5 м2/г.Typically, the deoxygenation temperature is sufficient to melt both the deoxygenation agent and the salt medium. The deoxygenation step can be carried out by heating the thermally treated hydrogenated titanium product under an inert gas atmosphere to a level within about 10% of the deoxygenation temperature, and then maintaining a hydrogen atmosphere during the deoxygenation holding time. As an example, the deoxygenation temperature may be from 650 to 800°C. Typically, the deoxygenation temperature can be sufficient to melt the deoxygenating agent and any salt as a molten salt medium, while also providing sufficient thermodynamic driving force for the reaction. However, deoxygenation may have the effect of reducing the residual oxygen in the deoxygenated hydrogenated titanium product to less than 0.2 wt.% and in some cases to less than 0.15 wt.%. In addition, the deoxygenated hydrogenated titanium product may often have a reduced surface area compared to the heat treated hydrogenated titanium product. In one example, the reduced specific surface area is from 0.05 to 0.5 m 2 /g.

С термодинамической точки зрения, существует предел минимизации кислорода в Ti с использованием Mg (без водорода) при повышенных температурах, такой как ~1,5 вес.% при 600°С. В дополнение, для деоксигенирования титана требуется диффузия атомов кислорода внутри титана (когда уровень кислорода составляет менее 14,3 вес.%). Когда деоксигенирование титана проводят при температуре выше ~900°С, титан претерпевает превращение из гексагональной плотноупакованной (НСР) в объемноцентрированную кубическую (ВСС) кристаллическую структуру. В последней структуре диффузия кислорода становится относительно более активной. До достижения температуры превращения титана скорость диффузии кислорода является низкой; однако после превращения в ВСС-структуру при высокой температуре выше температуры превращения перемещение атомов происходит более чем в 100 раз быстрее, чем в НСР-структуру.From a thermodynamic point of view, there is a limit for minimizing oxygen in Ti using Mg (without hydrogen) at elevated temperatures, such as ~1.5 wt.% at 600°C. In addition, deoxygenation of titanium requires diffusion of oxygen atoms within the titanium (when the oxygen level is less than 14.3 wt.%). When deoxygenation of titanium is carried out at temperatures above ~900°C, titanium undergoes a transformation from a hexagonal close-packed (HCP) to a body-centered cubic (BCC) crystal structure. In the latter structure, oxygen diffusion becomes relatively more active. Before the titanium transformation temperature is reached, the diffusion rate of oxygen is low; however, after transformation into the BCC structure at a high temperature above the transformation temperature, the movement of atoms occurs more than 100 times faster than in the LCP structure.

Кальций представляет собой один вариант дополнительной минимизации кислорода от ~2 вес.% до менее 0,2 вес.% при высокой температуре. В одном примере металлический Са может быть смешан с титановым порошком и нагрет до повышенной температуры деоксигенирования. В качестве общего принципа, могут быть подходящими температуры от около 500 до около 1000°С. В одном аспекте в качестве восстановителя может быть применен СаН2. СаН2 способен минимизировать содержание кислорода в Ti до уровня менее чем 0,2 вес.%.Calcium is one option for further minimizing oxygen from ~2 wt.% to less than 0.2 wt.% at high temperature. In one example, Ca metal may be mixed with titanium powder and heated to an elevated deoxygenation temperature. As a general principle, temperatures from about 500 to about 1000°C may be suitable. In one aspect, CaH2 may be used as the reducing agent. CaH2 is able to minimize the oxygen content of Ti to less than 0.2 wt%.

- 10 045179- 10 045179

Так в одном примере порошок гидрированного и термически обработанного титанового сплава, полученный в процессе совместного восстановления магнием или гидридом магния, может быть смешан с СаН2 или CaH2/CaCl2 и нагрет до температуры выше, чем температура в процессе совместного восстановления магнием или гидридом магния, и выдержан при ней в течение достаточного периода времени, чтобы обеспечить удаление содержащегося остаточного кислорода в порошке титана или гидрида титана. Непрореагировавшие СаН2, CaCl2 и образованный СаО в продукте процесса совместного восстановления с СаН2 могут быть затем вымыты для получения порошка деоксигенированного гидрированного титанового сплава с минимизированным остаточным кислородом.Thus, in one example, a hydrogenated and heat-treated titanium alloy powder produced by a magnesium or magnesium hydride co-reduction process may be mixed with CaH2 or CaH2/CaCl2 and heated to a temperature higher than the temperature of the magnesium or magnesium hydride co-reduction process and held for a sufficient period of time to ensure that any residual oxygen contained in the titanium or titanium hydride powder is removed. The unreacted CaH2, CaCl2 and the resulting CaO in the product of the CaH2 co-reduction process can then be washed away to produce a deoxygenated hydrogenated titanium alloy powder with minimized residual oxygen.

Необязательно способ может дополнительно включать удаление остаточного металлического восстановителя и соответственных оксидов восстановителя из продукта в виде гидрированного титанового сплава или термически обработанного гидрированного титанового продукта перед деоксигенированием. Деоксигенирование также может иметь результатом формирование СаО или MgO. В результате деоксигенирующий агент и остаточные СаО или MgO могут быть удалены выщелачиванием после деоксигенирования. Например, выщелачивание может быть проведено так, как описано ранее в отношении удаления таких материалов после совместного восстановления или для получения сырьевых порошков.Optionally, the method may further comprise removing residual metal reducing agent and corresponding reducing agent oxides from the hydrogenated titanium alloy product or the thermally treated hydrogenated titanium product prior to deoxygenation. Deoxygenation may also result in the formation of CaO or MgO. As a result, the deoxygenating agent and residual CaO or MgO can be removed by leaching after deoxygenation. For example, leaching may be carried out as previously described for the removal of such materials after co-reduction or to obtain raw material powders.

После деоксигенирования порошок сплава может быть сохранен в форме гидрида, поскольку гидрид минимизирует поглощение кислорода во время хранения сравнительно с негидридными формами. Таким образом, когда порошок сплава готов для использования, порошок средства может быть дегидрирован для удаления водорода (то есть, в том числе гидрида и остаточного растворенного водорода), обычно до содержания менее чем около 60 млн-1.After deoxygenation, the alloy powder can be stored in hydride form because the hydride minimizes oxygen uptake during storage compared to non-hydride forms. Thus, when the alloy powder is ready for use, the agent powder can be dehydrogenated to remove hydrogen (ie, including hydride and residual dissolved hydrogen), typically to a content of less than about 60 ppm .

Когда желателен негидрированный сплав как продукт, дегидрирование может включать нагревание деоксигенированного гидрированного титанового продукта в не содержащей водород атмосфере, достаточной для вытеснения водорода из деоксигенированного гидрированного титанового продукта, с образованием продукта в виде титанового сплава, имеющего содержание водорода менее чем около 100 млн-1. Дегидрирование обычно может быть проведено при температурах от 400 до 800°С. Дегидрирование обычно может сохранять как размер пор, так и удельную площадь поверхности.When a non-hydrogenated alloy product is desired, dehydrogenation may involve heating the deoxygenated hydrogenated titanium product in a hydrogen-free atmosphere sufficient to displace hydrogen from the deoxygenated hydrogenated titanium product to form a titanium alloy product having a hydrogen content of less than about 100 ppm . Dehydrogenation can usually be carried out at temperatures from 400 to 800°C. Dehydrogenation can usually preserve both pore size and specific surface area.

Благоприятным образом способ исключает электролиз, хлорирование и восстановление хлорида титана. Способы также избегают расплавления оксидов титана, оксидов металлов, титана или металлов во время исполнения способа (то есть, восстановления, термической обработки, деоксигенирования, дегидрирования и т.д.). По существу способ может быть исполнен в условиях полностью твердого состояния.Advantageously, the method eliminates electrolysis, chlorination and reduction of titanium chloride. The methods also avoid melting titanium oxides, metal oxides, titanium or metals during execution of the method (ie, reduction, heat treatment, deoxygenation, dehydrogenation, etc.). As such, the method can be carried out under completely solid state conditions.

Кроме того, титановый сплав как продукт может быть использован в качестве исходного материала для VAR-процесса. Более конкретно, вместо введения как губчатого Ti, так и лигатуры в VAR-печь, титановый сплав как продукт может быть непосредственно введен как единственный подводимый материал. Титановый сплав как продукт может быть подобным образом применен в других способах легирования в твердом состоянии, так, но без ограничения этом, как плазменная плавка, электроннолучевая плавка, и тому подобные.In addition, titanium alloy as a product can be used as a starting material for the VAR process. More specifically, instead of introducing both Ti sponge and alloy into the VAR furnace, titanium alloy as a product can be directly introduced as the only input material. The titanium alloy product may similarly be used in other solid state alloying processes, such as, but not limited to, plasma smelting, electron beam smelting, and the like.

В соответствии с вышеуказанными принципами, способ альтернативно может включать введение легирующих металлов после восстановления оксидов титана. Например, способ получения продукта в виде дисперсного титанового сплава может включать получение смеси дисперсных оксидов, включающей порошок оксида титана. Смесь дисперсных оксидов может быть восстановлена с использованием металлического восстановителя в водородной атмосфере при температуре восстановления в течение времени восстановления, достаточного для образования гидрированного титанового продукта. По меньшей мере один легирующий элемент может быть введен в гидрированный титановый продукт с образованием композитного гидрированного титанового продукта. Композитный гидрированный титановый продукт может быть подвергнут термической обработке в водородной атмосфере и при температуре термической обработки для сокращения размера пор и удельной площади поверхности, с образованием продукта в виде термически обработанного гидрированного титанового сплава. Термически обработанный гидрированный титановый сплав как продукт может быть деоксигенирован для сокращения остаточного кислорода до менее чем около 0,3 вес.%, с образованием деоксигенированного гидрированного титанового продукта. Необязательно, деоксигенированный гидрированный титановый продукт может быть дегидрирован с образованием продукта в виде титанового сплава, где деоксигенированный гидрированный титановый продукт и титановый сплав как продукт являются дисперсными. Каждые из этих стадий, материалов и условий могут быть исполнены с использованием инструкций и принципов, изложенных выше в отношении совместного восстановления, хотя некоторые производительности и преимущества могут быть утрачены или быть иными.In accordance with the above principles, the method may alternatively include the introduction of alloying metals after the reduction of titanium oxides. For example, a method of producing a dispersed titanium alloy product may include preparing a mixture of dispersed oxides including titanium oxide powder. The mixture of dispersed oxides can be reduced using a metal reducing agent in a hydrogen atmosphere at the reduction temperature for a reduction time sufficient to form a hydrogenated titanium product. At least one alloying element may be introduced into the hydrogenated titanium product to form a composite hydrogenated titanium product. The hydrogenated titanium composite product may be heat treated under a hydrogen atmosphere and at a heat treatment temperature to reduce pore size and specific surface area to form a heat treated hydrogenated titanium alloy product. The heat-treated hydrogenated titanium alloy product may be deoxygenated to reduce residual oxygen to less than about 0.3 wt.% to form a deoxygenated hydrogenated titanium product. Optionally, the deoxygenated hydrogenated titanium product can be dehydrogenated to form a titanium alloy product, wherein the deoxygenated hydrogenated titanium product and the titanium alloy product are dispersed. Each of these steps, materials and conditions can be performed using the instructions and principles set forth above regarding joint recovery, although some performance and benefits may be lost or different.

Как правило, по меньшей мере один порошкообразный легирующий элемент представляет собой элементарный металл. Подобным образом, в некоторых случаях стадии введения и термической обработки выполняют одновременно, хотя легирующие металлы могут быть введены непосредственно перед термической обработкой.Typically, the at least one powdered alloying element is an elemental metal. Likewise, in some cases, the introduction and heat treatment steps are performed simultaneously, although the alloying metals may be introduced immediately prior to heat treatment.

Пример 1.Example 1.

Порошок TiO2 в виде наноразмерного пигмента был получен от фирмы Kronos. Порошок Al2O3 с величиной частиц менее 1 мкм и 99,9%-ной чистотой был получен от фирмы Alfa Aesar. Порошок V2O5,TiO2 powder in the form of a nano-sized pigment was obtained from Kronos. Al2O 3 powder with a particle size of less than 1 μm and 99.9% purity was obtained from Alfa Aesar. V2O5 powder,

- 11 045179 имеющий 99,6%-ную чистоту и размер частиц -10 меш, был приобретен как промышленный продукт от фирмы Alfa Aesar. Порошок V2O5 был размолот в течение 12 ч для получения частиц с размером менее 1 мкм. Три исходных порошка были гомогенизированы с образованием однородной порошковой смеси примешиванием композитного порошка в 1,0%-ный водный раствор PEG при массовом отношении воды к порошку 1:1. Следует отметить, что исходные порошки могут быть введены в раствор по отдельности или в виде композитной смеси. Первая партия включала 600 г TiO2, 45,3 г А12О3 и 28,6 г V2O5. Затем смесь перемешивали в течение 2 ч для получения однородной смеси. Влажную смесь высушили в лотке и измельчили до величины около 100 меш. Затем высушенный материал нагревали до 700°С в течение около 2 ч для удаления связующих материалов, и затем нагревали (со скоростью 10°С/мин) до температуры около 1200°С в течение около 4 ч для частичного спекания порошка, как показано в фиг. ЗА и ЗВ, с образованием агломерированного порошка композитных частиц. Стадию удаления связующих материалов и спекания проводили в атмосфере аргона. Оксид титана и частицы легирующих оксидов связывались друг с другом с образованием более крупных композитных частиц с широким распределением по величине (например, средний размер частиц 128,8 мкм, среднеквадратичное отклонение 0,13, и удельная площадь поверхности по ВЕТ 0,85 м2/г). Анализ методом энерго дисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) композитных частиц показан в табл. 1.- 11 045179 having 99.6% purity and a particle size of -10 mesh, was purchased as an industrial product from Alfa Aesar. The V 2 O 5 powder was ground for 12 hours to obtain particles with a size of less than 1 μm. The three starting powders were homogenized to form a homogeneous powder mixture by mixing the composite powder into a 1.0% aqueous PEG solution at a water to powder weight ratio of 1:1. It should be noted that the starting powders can be introduced into the solution separately or in the form of a composite mixture. The first batch included 600 g of TiO 2 , 45.3 g of Al 2 O 3 and 28.6 g of V 2 O 5 . The mixture was then stirred for 2 hours to obtain a homogeneous mixture. The wet mixture was dried in a tray and ground to about 100 mesh. The dried material was then heated to 700°C for about 2 hours to remove binding materials, and then heated (at a rate of 10°C/min) to a temperature of about 1200°C for about 4 hours to partially sinter the powder, as shown in FIG. . ZA and ZV, with the formation of an agglomerated powder of composite particles. The stage of removing binding materials and sintering was carried out in an argon atmosphere. The titanium oxide and alloying oxide particles bonded to each other to form larger composite particles with a broad size distribution (e.g., average particle size of 128.8 μm, standard deviation of 0.13, and BET specific surface area of 0.85 m 2 / G). Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis of composite particles is shown in Table. 1.

Таблица 1. EDS-анализ композитных частицTable 1. EDS analysis of composite particles

Элемент Element Вес.% Weight.% Ат% At% О ABOUT 34,31 34.31 60,06 60.06 А1 A1 03,57 03.57 03,70 03.70 Ti Ti 59,39 59.39 34,73 34.73 V V 02,74 02.74 01,51 01.51

Затем порошок агломерированных композитных частиц смешали со смесью Mg и MgCl2 в качестве восстановителя, и нагревали от комнатной температуры в атмосфере аргона до температуры восстановления 750°С. Материалы были смешаны с массовым соотношением oκcид:Mg:MgCl2 1:0,66:1. Затем атмосферу аргона вытеснили водородом и температуру поддерживали в течение 12 ч для восстановления порошка сплава. Затем восстановленный порошкообразный сплав охладили до комнатной температуры в чистом водороде или смеси водорода и аргона, чтобы поддерживать гидрирование порошка. Фиг. ЗС и 3D иллюстрируют гидрированный и восстановленный порошкообразный сплав, имеющий большинство оксидов восстановленными и с оставленной пористой морфологией. Содержание кислорода после совместного восстановления составляло 1,92 вес.% (А1).Then, the agglomerated composite particle powder was mixed with a mixture of Mg and MgCl 2 as a reducing agent, and heated from room temperature under an argon atmosphere to a reduction temperature of 750°C. The materials were mixed with a mass ratio oκcid:Mg:MgCl 2 1:0.66:1. The argon atmosphere was then replaced with hydrogen and the temperature was maintained for 12 hours to restore the alloy powder. The reduced powdered alloy was then cooled to room temperature in pure hydrogen or a mixture of hydrogen and argon to maintain hydrogenation of the powder. Fig. 3D and 3D illustrate a hydrogenated and reduced alloy powder having most of the oxides reduced and leaving a porous morphology. The oxygen content after co-reduction was 1.92 wt.% (A1).

Затем гидрированный и восстановленный порошкообразный сплав нагревали под аргоном от комнатной температуры до температуры около 1100°С, в каковой момент аргон заместили водородной атмосферой, и выдерживали в течение 3 ч как стадию термической обработки для закрывания пор. Затем термически обработанный порошок охладили до комнатной температуры в смеси аргона и водорода или в чистом водороде. Фиг. ЗЕ и 3F иллюстрируют термически обработанный и укрупненный порошкообразный сплав. Полученный порошкообразный сплав имел средний размер частиц 96,85 мкм и удельную площадь поверхности 0,14 м2/г.The hydrogenated and reduced powdered alloy was then heated under argon from room temperature to a temperature of about 1100°C, at which point the argon was replaced by a hydrogen atmosphere, and held for 3 hours as a heat treatment step to close the pores. Then the thermally treated powder was cooled to room temperature in a mixture of argon and hydrogen or in pure hydrogen. Fig. 3E and 3F illustrate a heat-treated and coarsened powdered alloy. The resulting powdered alloy had an average particle size of 96.85 μm and a specific surface area of 0.14 m 2 /g.

Затем термически обработанный порошкообразный сплав подвергли деоксигенированию смешением с Mg и MgCl2 в качестве деоксигенирующего агента, в массовом соотношении порошкообразный cnnaB:Mg:MgCl2 1:0,2:0,3. Смесь нагревали от комнатной температуры до 740°С под аргоном и затем выдерживали при этой температуре в водородной атмосфере в течение 4 ч. Концентрацию водорода поддерживали при величине от 1 до 4 вес.% во время охлаждения для получения деоксигенированного гидрированного порошкообразного сплава, как показано в фиг. 3G и ЗН. Полученный деоксигенированный порошкообразный сплав имел средний размер частиц 79,52 мкм и удельную площадь поверхности 0,21 м2/г. Следует отметить, что размер частиц и морфология оставались по существу одинаковыми до и после деоксигенирования. Табл. 2 показывает изменения среднего размера частиц и удельной площади поверхности на различных стадиях получения сплава. Результаты показывают, что средний размер частиц сокращается вследствие термической обработки и деоксигенирования. Это обусловлено удалением кислорода из оксидов и сжатием частиц во время термической обработки. Удельная площадь поверхности резко сокращается после термической обработки, поскольку поры закрываются вследствие термической обработки. Поскольку титан проявляет высокое сродство к кислороду, сокращение удельной площади поверхности также может содействовать уменьшению количества кислорода, присоединенного к поверхности титана.Then the heat-treated powdered alloy was subjected to deoxygenation by mixing with Mg and MgCl 2 as a deoxygenating agent, in a mass ratio of powdered cnnaB:Mg:MgCl 2 1:0.2:0.3. The mixture was heated from room temperature to 740° C. under argon and then maintained at this temperature in a hydrogen atmosphere for 4 hours. The hydrogen concentration was maintained at 1 to 4 wt.% during cooling to obtain a deoxygenated hydrogenated alloy powder as shown in fig. 3G and ZN. The resulting deoxygenated alloy powder had an average particle size of 79.52 μm and a specific surface area of 0.21 m 2 /g. It should be noted that the particle size and morphology remained essentially the same before and after deoxygenation. Table 2 shows the changes in average particle size and specific surface area at various stages of alloy production. The results show that the average particle size is reduced due to heat treatment and deoxygenation. This is due to the removal of oxygen from the oxides and compression of the particles during heat treatment. The specific surface area is sharply reduced after heat treatment because the pores are closed due to heat treatment. Since titanium exhibits a high affinity for oxygen, reducing the specific surface area may also help reduce the amount of oxygen attached to the titanium surface.

- 12045179- 12045179

Таблица 2. Средний размер частиц, удельная площадь поверхности по BET и кислород ____________________на различных стадиях _____________Table 2. Average Particle Size, BET Specific Surface Area, and Oxygen ____________________ at Various Stages _____________

Стадии Stages После укрупнения спеканием After consolidation sintering После термической обработки After heat treatment После деоксигени- рования After deoxygenation roving Средний размер частиц The average size particles 128,8 мкм 128.8 µm 96,85 мкм 96.85 µm 79,52 мкм 79.52 µm Удельная площадь поверхности по ВЕТ Specific area surfaces according to BET 0,85 м20.85 m 2 /g 0,14 м20.14 m 2 /g 0,16 м20.16 m 2 /g Кислород, % Oxygen,% 1,92 (после восстановления) 1.92 (after restoration) 2,37 2.37 0,25 0.25

Пример 2.Example 2.

Условия примера 1 были в основном повторены с 10%-ным увеличением по весу добавления исходного оксида алюминия. Три исходных порошка гомогенизировали с образованием однородной порошковой смеси примешиванием композитного порошка в 2%-ный по весу водный раствор PEG при массовом отношении воды к порошку 1:1. Первая партия включала 600 г TiO2, 49,8 г Al2O3, и 28,6 г V2O5. Затем смесь перемешивали в течение 2 ч для получения однородной смеси. Влажную смесь высушили в лотке и измельчили до величины около 100 меш. Затем высушенный материал нагревали до 700°С в течение около 2 ч для удаления связующих материалов и затем нагревали (со скоростью 10°С/мин) до температуры около 1200°С в течение около 4 ч для частичного спекания порошка, как показано в фиг. 4А и 4В, с образованием агломерированного порошка композитных частиц. Стадию удаления связующих материалов и спекания проводили в атмосфере аргона.The conditions of Example 1 were essentially repeated with a 10% increase in weight of the addition of starting alumina. The three starting powders were homogenized to form a homogeneous powder mixture by mixing the composite powder into a 2% by weight aqueous PEG solution at a water to powder weight ratio of 1:1. The first batch included 600 g TiO 2 , 49.8 g Al 2 O 3 , and 28.6 g V 2 O 5 . The mixture was then stirred for 2 hours to obtain a homogeneous mixture. The wet mixture was dried in a tray and ground to about 100 mesh. The dried material was then heated to 700°C for about 2 hours to remove binding materials and then heated (at a rate of 10°C/min) to a temperature of about 1200°C for about 4 hours to partially sinter the powder, as shown in FIG. 4A and 4B to form an agglomerated powder of composite particles. The stage of removing binding materials and sintering was carried out in an argon atmosphere.

Затем порошок агломерированных композитных частиц смешали со смесью Mg и MgCl2 в качестве восстановителя, и нагревали от комнатной температуры в атмосфере аргона до температуры восстановления 750°С. Материалы были смешаны с массовым соотношением оксид:Mg:MgCl2 1:0,66:1. Затем атмосферу аргона вытеснили водородом и температуру поддерживали в течение 12 ч для восстановления порошка сплава. Затем восстановленный порошкообразный сплав охладили до комнатной температуры в чистом водороде или смеси водорода и аргона, чтобы поддерживать гидрирование порошка. Фиг. 4С иллюстрирует гидрированный и восстановленный порошкообразный сплав, имеющий большинство оксидов восстановленными и с оставленной пористой морфологией. Содержание кислорода после совместного восстановления составляло 2,48 вес.% (А2).Then, the agglomerated composite particle powder was mixed with a mixture of Mg and MgCl 2 as a reducing agent, and heated from room temperature under an argon atmosphere to a reduction temperature of 750°C. The materials were mixed with a mass ratio of oxide:Mg:MgCl 2 1:0.66:1. The argon atmosphere was then replaced with hydrogen and the temperature was maintained for 12 hours to restore the alloy powder. The reduced powdered alloy was then cooled to room temperature in pure hydrogen or a mixture of hydrogen and argon to maintain hydrogenation of the powder. Fig. 4C illustrates a hydrogenated and reduced alloy powder having most of the oxides reduced and leaving a porous morphology. The oxygen content after co-reduction was 2.48 wt.% (A2).

Затем гидрированный и восстановленный порошкообразный сплав нагревали под аргоном от комнатной температуры до температуры около 1100°С, в каковой момент аргон заместили водородной атмосферой, и выдерживали в течение 6 часов как стадию термической обработки для закрывания пор. Затем термически обработанный порошок охладили до комнатной температуры в смеси аргона и водорода или в чистом водороде. Фиг. 4D и 4Е иллюстрируют термически обработанный и укрупненный порошкообразный сплав. Полученный порошкообразный сплав было более затруднительно измельчать, чем порошок А1, вследствие более длительного времени выдерживания.The hydrogenated and reduced alloy powder was then heated under argon from room temperature to a temperature of about 1100°C, at which point the argon was replaced by a hydrogen atmosphere, and held for 6 hours as a heat treatment step to close the pores. Then the thermally treated powder was cooled to room temperature in a mixture of argon and hydrogen or in pure hydrogen. Fig. 4D and 4E illustrate a heat-treated and coarsened powdered alloy. The resulting powdered alloy was more difficult to grind than the A1 powder due to the longer holding time.

Затем термически обработанный порошкообразный сплав подвергли деоксигенированию смешением с Mg и MgCl2 в качестве деоксигенирующего агента, в массовом соотношении порошкообразный сплав:Mg:MgCl2 1:0,2:0,3. Смесь нагревали от комнатной температуры до 740°С под аргоном, и затем выдерживали при этой температуре в водородной атмосфере в течение 4 ч. Концентрацию водорода поддерживали при величине от 1-4 вес.% во время охлаждения для получения деоксигенированного гидрированного порошкообразного сплава, как показано в фиг. 4F и 4G. Полученный деоксигенированный порошкообразный сплав был более неравномерным, чем порошок А1, и имел средний размер частиц 177,83 мкм и удельную площадь поверхности 0,14 м2/г. Следует отметить, что размер частиц и морфология оставались по существу одинаковыми до и после деоксигенирования. Табл. 3 показывает изменения содержания кислорода в порошкообразном сплаве на различных стадиях получения сплава.Then the heat-treated powdered alloy was subjected to deoxygenation by mixing with Mg and MgCl 2 as a deoxygenating agent, in a mass ratio of powdered alloy: Mg: MgCl 2 1: 0.2: 0.3. The mixture was heated from room temperature to 740° C. under argon, and then maintained at this temperature in a hydrogen atmosphere for 4 hours. The hydrogen concentration was maintained at 1-4 wt.% during cooling to obtain a deoxygenated hydrogenated alloy powder as shown in fig. 4F and 4G. The resulting deoxygenated alloy powder was more uneven than A1 powder and had an average particle size of 177.83 μm and a specific surface area of 0.14 m 2 /g. It should be noted that the particle size and morphology remained essentially the same before and after deoxygenation. Table 3 shows changes in the oxygen content of the powdered alloy at various stages of alloy production.

_____Таблица 3. Содержание кислорода на различных стадиях__________Table 3. Oxygen content at various stages_____

Стадии Stages После восстановления After recovery После термической обработки After heat treatment После деоксигени- рования After deoxygenation roving Кислород, % Oxygen,% 2,48 2.48 2,76 2.76 0,15 0.15

Пример 3.Example 3.

Условия примера 1 были в основном повторены с 10%-ным увеличением по весу добавления исходного оксида алюминия. Три исходных порошка гомогенизировали с образованием однородной порошковой смеси примешиванием композитного порошка в 2%-ный по весу водный раствор PEG при массовом отношении воды к порошку 1:1. Первая партия включала 600 г TiO2, 49,8 г Al2O3, и 28,6 г V2O5. Затем смесь перемешивали в течение 2 ч для получения однородной смеси. Влажную смесь высушили в лотке и измельчили до величины около 100 меш. Затем высушенный материал нагревали до 700°С в те- 13 045179 чение около 2 ч для удаления связующих материалов и затем нагревали (со скоростью 10°С/мин) до температуры около 1200°С в течение около 4 ч для частичного спекания порошка, как показано в фиг. 5А иThe conditions of Example 1 were essentially repeated with a 10% increase in weight of the addition of starting alumina. The three starting powders were homogenized to form a homogeneous powder mixture by mixing the composite powder into a 2% by weight aqueous PEG solution at a water to powder weight ratio of 1:1. The first batch included 600 g TiO 2 , 49.8 g Al 2 O 3 , and 28.6 g V 2 O 5 . The mixture was then stirred for 2 hours to obtain a homogeneous mixture. The wet mixture was dried in a tray and ground to about 100 mesh. The dried material was then heated to 700°C for about 2 hours to remove binding materials and then heated (at a rate of 10°C/min) to a temperature of about 1200°C for about 4 hours to partially sinter the powder as shown in fig. 5A and

5В, с образованием агломерированного порошка композитных частиц. Стадию удаления связующих материалов и спекания проводили в атмосфере аргона.5B, to form an agglomerated powder of composite particles. The stage of removing binding materials and sintering was carried out in an argon atmosphere.

Затем порошок агломерированных композитных частиц смешали со смесью Mg и MgCl2 в качестве восстановителя, и нагревали от комнатной температуры в атмосфере аргона до температуры восстановления 750°С. Материалы были смешаны с массовым соотношением оксид:Mg:MgCl2 1:0,66:1. Затем атмосферу аргона вытеснили водородом, и температуру поддерживали в течение 12 ч для восстановления порошка сплава. Затем восстановленный порошкообразный сплав охладили до комнатной температуры в смеси водорода и аргона, чтобы поддерживать гидрирование порошка. Фиг. 5С и 5D иллюстрируют гидрированный и восстановленный порошкообразный сплав, имеющий большинство оксидов восстановленными и с оставленной пористой морфологией. Содержание кислорода после совместного восстановления составляло 1,28 вес.% (A3).Then, the agglomerated composite particle powder was mixed with a mixture of Mg and MgCl 2 as a reducing agent, and heated from room temperature under an argon atmosphere to a reduction temperature of 750°C. The materials were mixed with a mass ratio of oxide:Mg:MgCl 2 1:0.66:1. The argon atmosphere was then replaced with hydrogen, and the temperature was maintained for 12 hours to restore the alloy powder. The reduced powdered alloy was then cooled to room temperature in a mixture of hydrogen and argon to maintain hydrogenation of the powder. Fig. 5C and 5D illustrate a hydrogenated and reduced alloy powder having most of the oxides reduced and leaving a porous morphology. The oxygen content after co-reduction was 1.28 wt.% (A3).

Затем гидрированный и восстановленный порошкообразный сплав нагревали под аргоном от комнатной температуры до температуры около 1100°С, в каковой момент аргон заместили водородной атмосферой, и выдерживали в течение 3 ч как стадию термической обработки для закрывания пор. Затем термически обработанный порошок охладили до комнатной температуры в смеси аргона и водорода. Фиг. 5Е и 5F иллюстрируют термически обработанный и укрупненный порошкообразный сплав. Полученный порошкообразный сплав было более затруднительно измельчать, чем порошок А1, вследствие умеренно высокой температуры выдерживания. Таким образом, могли бы быть применены более низкая температура выдерживания и более длительная продолжительность выдерживания.The hydrogenated and reduced powdered alloy was then heated under argon from room temperature to a temperature of about 1100°C, at which point the argon was replaced by a hydrogen atmosphere, and held for 3 hours as a heat treatment step to close the pores. Then the thermally treated powder was cooled to room temperature in a mixture of argon and hydrogen. Fig. 5E and 5F illustrate a heat-treated and coarsened alloy powder. The resulting powdered alloy was more difficult to grind than the A1 powder due to the moderately high holding temperature. Thus, a lower holding temperature and a longer holding time could be used.

Затем термически обработанный порошкообразный сплав подвергли деоксигенированию смешением с Mg и MgCl2 в качестве деоксигенирующего агента, в массовом соотношении порошкообразный сплав:Mg:MgCl2 1:0,2:0,3. Смесь нагревали от комнатной температуры до 740°С под аргоном и затем выдерживали при этой температуре в водородной атмосфере в течение 4 часов. Концентрацию водорода поддерживали при величине от 1-4 вес.% во время охлаждения для получения деоксигенированного гидрированного порошкообразного сплава, как показано в фиг. 5G и 5Н. Полученный деоксигенированный порошкообразный сплав был более неравномерным, чем порошок А1, и имел средний размер частиц 145,32 мкм и удельную площадь поверхности 0,16 м2/г. Следует отметить, что размер частиц и морфология оставались по существу одинаковыми до и после деоксигенирования. Табл. 4 показывает изменения содержания кислорода в порошкообразном сплаве на различных стадиях получения сплаваThen the heat-treated powdered alloy was subjected to deoxygenation by mixing with Mg and MgCl 2 as a deoxygenating agent, in a mass ratio of powdered alloy: Mg: MgCl 2 1: 0.2: 0.3. The mixture was heated from room temperature to 740°C under argon and then maintained at this temperature in a hydrogen atmosphere for 4 hours. The hydrogen concentration was maintained at 1 to 4 wt.% during cooling to obtain a deoxygenated hydrogenated alloy powder as shown in FIG. 5G and 5H. The resulting deoxygenated alloy powder was more uneven than A1 powder and had an average particle size of 145.32 μm and a specific surface area of 0.16 m 2 /g. It should be noted that the particle size and morphology remained essentially the same before and after deoxygenation. Table 4 shows changes in the oxygen content in the powdered alloy at various stages of alloy production

Таблица 4. Содержание кислорода на различных стадияхTable 4. Oxygen content at various stages

Стадии Stages После восстановления After recovery После термической обработки After heat treatment После деоксигени- рования After deoxygenation roving Кислород, % Oxygen,% 1,28 1.28 1,34 1.34 0,15 0.15

Пример 4юExample 4yu

Опять повторили тот же базовый процесс, как в примере 1, за исключением применения V2O3 в качестве источника порошка оксида ванадия вместо V2O5. Порошок V2O5 размололи до частиц величиной менее 1 мкм, и нагревали в атмосфере водорода при 600°С в течение 3 часов в первой стадии, и затем при 900°С в течение 5 ч во второй стадии. Первоначальные 40 г V2O5 были предварительно восстановлены до 31,85 г порошка V2O3.Again the same basic process as in Example 1 was repeated, except using V 2 O 3 as the vanadium oxide powder source instead of V 2 O 5 . The V 2 O 5 powder was ground to particles smaller than 1 μm, and heated in a hydrogen atmosphere at 600°C for 3 hours in the first stage, and then at 900°C for 5 hours in the second stage. The original 40 g of V 2 O 5 was previously reduced to 31.85 g of V 2 O 3 powder.

Три исходных порошка гомогенизировали с образованием однородной порошковой смеси примешиванием композитного порошка в 2%-ный по весу водный раствор PEG при массовом отношении воды к порошку 1:1. Первая партия включала 600 г TiO2, 45,3 г Al2O3, и 28,6 г V2O3. Затем смесь перемешивали в течение 2 ч для получения однородной смеси. Влажную смесь высушили в лотке и измельчили до величины около 100 меш. Затем высушенный материал нагревали до 700°С в течение около 2 ч для удаления связующих материалов и затем нагревали (со скоростью 10°С/мин) до температуры около 1200°С в течение около 4 ч для частичного спекания порошка, как показано в фиг. 6А и 6В, с образованием агломерированного порошка композитных частиц. Стадию удаления связующих материалов и спекания проводили в атмосфере аргона.The three starting powders were homogenized to form a homogeneous powder mixture by mixing the composite powder into a 2% by weight aqueous PEG solution at a water to powder weight ratio of 1:1. The first batch included 600 g TiO 2 , 45.3 g Al 2 O 3 , and 28.6 g V 2 O 3 . The mixture was then stirred for 2 hours to obtain a homogeneous mixture. The wet mixture was dried in a tray and ground to about 100 mesh. The dried material was then heated to 700°C for about 2 hours to remove binding materials and then heated (at a rate of 10°C/min) to a temperature of about 1200°C for about 4 hours to partially sinter the powder, as shown in FIG. 6A and 6B to form an agglomerated powder of composite particles. The stage of removing binding materials and sintering was carried out in an argon atmosphere.

Затем порошок агломерированных композитных частиц смешали со смесью Mg и MgCl2 в качестве восстановителя, и нагревали от комнатной температуры в атмосфере аргона до температуры восстановления 750°С. Материалы были смешаны с массовым соотношением оксид:Mg:MgCl2 1:0,66:1. Затем атмосферу аргона заменили водородом, и температуру поддерживали в течение 12 ч для восстановления порошка сплава. Затем восстановленный порошкообразный сплав охладили до комнатной температуры в смеси водорода и аргона, чтобы поддерживать гидрирование порошка. Фиг. 6С и 6D иллюстрируют гидрированный и восстановленный порошкообразный сплав, имеющий большинство оксидов восстановленными и с оставленной пористой морфологией. Содержание кислорода после совместного восстановления составляло 1,16 вес.% (A3).Then, the agglomerated composite particle powder was mixed with a mixture of Mg and MgCl 2 as a reducing agent, and heated from room temperature under an argon atmosphere to a reduction temperature of 750°C. The materials were mixed with a mass ratio of oxide:Mg:MgCl 2 1:0.66:1. The argon atmosphere was then replaced with hydrogen, and the temperature was maintained for 12 h to reduce the alloy powder. The reduced powdered alloy was then cooled to room temperature in a mixture of hydrogen and argon to maintain hydrogenation of the powder. Fig. 6C and 6D illustrate a hydrogenated and reduced alloy powder having most of the oxides reduced and leaving a porous morphology. The oxygen content after co-reduction was 1.16 wt.% (A3).

Затем гидрированный и восстановленный порошкообразный сплав нагревали под аргоном от комнатной температуры до температуры около 1100°С, в каковой момент аргон заместили водородной атмо- 14 045179 сферой, и выдерживали в течение 2 ч как стадию термической обработки для закрывания пор. Затем термически обработанный порошок охладили до комнатной температуры в смеси аргона и водорода. Фиг.The hydrogenated and reduced powdered alloy was then heated under argon from room temperature to a temperature of about 1100°C, at which point the argon was replaced by a hydrogen atmosphere, and held for 2 hours as a heat treatment step to close the pores. Then the thermally treated powder was cooled to room temperature in a mixture of argon and hydrogen. Fig.

6Е и 6F иллюстрируют термически обработанный и укрупненный порошкообразный сплав. Полученный порошкообразный было легче измельчать, чем порошок А2.6E and 6F illustrate a heat-treated and coarsened alloy powder. The resulting powder was easier to grind than A2 powder.

Затем термически обработанный порошкообразный сплав подвергли деоксигенированию смешением с Mg и MgCl2 в качестве деоксигенирующего агента, в массовом соотношении порошкообразный сплав:Mg:MgCl2 1:0,2:0,3. Смесь нагревали от комнатной температуры до 740°С под аргоном и затем выдерживали при этой температуре в водородной атмосфере в течение 10 ч. Концентрацию водорода поддерживали при величине от 1-4 вес.% во время охлаждения для получения деоксигенированного гидрированного порошкообразного сплава. Полученный деоксигенированный порошкообразный сплав имел конечное содержание кислорода 0,15 вес.%, 6,88% алюминия и 4,82% ванадия, которые были близки к техническим условиям для сплава Ti-6Al-4V.Then the heat-treated powdered alloy was subjected to deoxygenation by mixing with Mg and MgCl 2 as a deoxygenating agent, in a mass ratio of powdered alloy: Mg: MgCl 2 1: 0.2: 0.3. The mixture was heated from room temperature to 740° C. under argon and then maintained at this temperature in a hydrogen atmosphere for 10 hours. The hydrogen concentration was maintained at 1-4 wt.% during cooling to obtain a deoxygenated hydrogenated alloy powder. The resulting deoxygenated alloy powder had a final oxygen content of 0.15 wt.%, 6.88% aluminum and 4.82% vanadium, which were close to the specifications for the Ti-6Al-4V alloy.

Пример 5.Example 5.

Повторили условия примера 4, за исключением предварительного восстановления V2O5, включенного в первую стадию при 600°С в течение 3 ч и вторую стадию при 900°С в течение 5 ч. Удаление связующих материалов и спекание также проводили, как в примере 4, за исключением того, что первую партию (А5) охлаждали под водородом и вторую партию (А6) охлаждали в атмосфере воздуха. Фиг. 7А и 7В показывают образец А5 после спекания. Фиг. 7С и 7D показывают образец А6 после спекания.The conditions of example 4 were repeated, with the exception of the preliminary reduction of V 2 O 5 included in the first stage at 600°C for 3 hours and the second stage at 900°C for 5 hours. Removal of binding materials and sintering were also carried out as in example 4 , except that the first batch (A5) was cooled under hydrogen and the second batch (A6) was cooled in an air atmosphere. Fig. 7A and 7B show sample A5 after sintering. Fig. 7C and 7D show sample A6 after sintering.

Порошки подвергли совместному восстановлению, как в примере 4. Фиг. 7Е показывает результаты совместного восстановления А5, имеющего содержание кислорода 2,08%. Фиг. 7F показывает результаты совместного восстановления А6, имеющего содержание кислорода 5,04%.The powders were subjected to co-reduction as in Example 4. FIG. 7E shows the results of co-reduction of A5 having an oxygen content of 2.08%. Fig. 7F shows the results of co-reduction of A6 having an oxygen content of 5.04%.

Затем восстановленный порошок подвергли термической обработке, как в примере 4, с результатами для А5 и А6, показанными в фиг. 7G и 7Н соответственно. Эти порошки затем подвергли деоксигенированию, как в примере 4. Фиг. 7I и 7J иллюстрируют деоксигенированные порошки. Деоксигенированный порошкообразный сплав А5 имел содержание кислорода 0,087 вес.%, тогда как порошок А6 имел содержание кислорода 0,25 вес.%. Деоксигенированный порошкообразный сплав А5 имел средний размер частиц 102,32 мкм и удельную площадь поверхности 0,11 м2/г. Деоксигенированный порошкообразный сплав А6 имел средний размер частиц 74,17 мкм и удельную площадь поверхности по BET 0,35 м2/г. Результаты EDS-анализа также показали, что содержание А1 и V в каждом из А5 и А6 были вполне близки к целевым (то есть, 7,57 вес.% и 7,66 вес.% для А1, и 4,36 вес.% и 4,11 вес.% для V), с содержанием алюминия выше, чем заданные 6 вес.%.The reduced powder was then heat treated as in Example 4, with the results for A5 and A6 shown in FIG. 7G and 7H respectively. These powders were then deoxygenated as in Example 4. FIG. 7I and 7J illustrate deoxygenated powders. The deoxygenated alloy powder A5 had an oxygen content of 0.087 wt.%, while the powder A6 had an oxygen content of 0.25 wt.%. The deoxygenated A5 alloy powder had an average particle size of 102.32 μm and a specific surface area of 0.11 m 2 /g. The deoxygenated A6 alloy powder had an average particle size of 74.17 μm and a BET specific surface area of 0.35 m 2 /g. The EDS analysis results also showed that the A1 and V contents of each of A5 and A6 were quite close to the target (i.e., 7.57 wt.% and 7.66 wt.% for A1, and 4.36 wt.% and 4.11 wt.% for V), with an aluminum content higher than the specified 6 wt.%.

СравнениеComparison

Табл. 5 показывает содержание кислорода как функцию удельной площади поверхности по BET для различных партий. Результаты показывают, что содержание кислорода после деоксигенирования в сплавах Ti-6Al-4V повышается с увеличением удельной площади поверхности по BET. Эти результаты также показывают, что кислород, присединенный к поверхности частиц, вносит наибольший вклад в общее содержание кислорода. Удельную площадь поверхности можно сохранять при <0,15 м2/г по меньшей мере для того, чтобы обеспечить достижение содержания кислорода после деоксигенирования согласно стандарту ASTM B299 (<0,15 вес.%).Table 5 shows oxygen content as a function of BET specific surface area for different batches. The results show that the oxygen content after deoxygenation in Ti-6Al-4V alloys increases with increasing BET specific surface area. These results also show that oxygen attached to the particle surface makes the largest contribution to the total oxygen content. The specific surface area can be maintained at <0.15 m 2 /g to at least achieve the oxygen content after deoxygenation according to ASTM B299 (<0.15 wt.%).

Таблица 5. Содержание кислорода сравнительно с удельной площадью поверхности ____________________по BET в различных партиях ____________Table 5. Oxygen content versus specific surface area ____________________ by BET in different batches ____________

Партия № Batch No. А1 A1 А2 A2 АЗ AZ А4 A4 А5 A5 Удельная площадь поверхности (м2/г)Specific surface area ( m2 /g) 0,21 0.21 0,14 0.14 0,16 0.16 0,16 0.16 0,11 0.11 Содержание кислорода (вес.%) Oxygen content (wt.%) 0,26 0.26 0,15 0.15 0,15 0.15 0,15 0.15 0,087 0.087

Стадия термической обработки оказывает значительное влияние на удельную площадь поверхности. В этой стадии частицы активированы для закрытия пор под действием тепла. Более высокая температура и более длительная продолжительность выдерживания в обоих случаях эффективны для закрытия пор. Однако высокая температура и длительная продолжительность выдерживания также могут вызывать комкование и делают порошки более твердыми для разрушения. Чтобы разрешить эту проблему, водород подавали во время охлаждения для образования TiHx, который относительно легко разрушается при комнатной температуре.The heat treatment step has a significant impact on the specific surface area. In this stage, the particles are activated to close the pores under the influence of heat. Higher temperatures and longer soak times are both effective in closing the pores. However, high temperature and long aging times can also cause caking and make powders harder to break down. To solve this problem, hydrogen was supplied during cooling to form TiHx, which decomposes relatively easily at room temperature.

Обзор SEM-изображений на различных стадиях показал обогащенные А1 области и обогащенные V области, четко обнаруживаемые после удаления связующих материалов и спекания оксидов Ti, A1 и V. После восстановления распределение элементов было более однородным для обоих легирующих элементов. Однако обогащенные А1 и V области едва ли могли быть обнаружены после термической обработки и деоксигенирования, чем показано, что гомогенизация элементов происходит на протяжении всего процесса формирования сплава. Подобным образом, выполнили линейное сканирование на поперечном сечении порошка сплава Ti-6Al-4V после деоксигенирования. Линейное сканирование показало подобные тенденции для каждого из трех элементов к равномерному распределению в частицах сплавов.Review of SEM images at various stages showed Al-rich regions and V-rich regions clearly detected after removal of binder materials and sintering of Ti, Al and V oxides. After reduction, the element distribution was more uniform for both alloying elements. However, Al and V enriched regions could hardly be detected after heat treatment and deoxygenation, which shows that homogenization of elements occurs throughout the entire alloy formation process. Similarly, line scanning was performed on a cross section of Ti-6Al-4V alloy powder after deoxygenation. Line scanning showed similar trends for each of the three elements towards a uniform distribution in the alloy particles.

Также провели анализ методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) на деоксигенированных образцах A1, A2 и A3. Были сняты спектры на поперечном сечении стандартного образ-Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis was also performed on deoxygenated samples A1, A2 and A3. Spectra were taken on the cross section of a standard sample.

Claims (30)

ца сплава Ti-6Al-4V, и десять частиц были выбраны для анализа, и была определена вариация от частицы к частице. Результаты показывают, что вариация от частицы к частице составляет величину в пределах 0,8 для А1 и 0,46 для V. Результаты измерений для содержания А1 и V составляли 7,34 и 3,76%, по отдельности, что отличается от данного состава, анализированного методом ICP (индуктивно-связанной плазмы). Таким образом, сравнительно с данным составом, к измеренным образцам применимы отклонения +13,2% для А1 и -4,0 для V.tsa Ti-6Al-4V alloy, and ten particles were selected for analysis and the particle-to-particle variation was determined. The results show that the particle-to-particle variation is in the range of 0.8 for A1 and 0.46 for V. The measured results for the content of A1 and V were 7.34 and 3.76%, separately, which is different from this composition , analyzed by ICP (inductively coupled plasma) method. Thus, in comparison with this composition, deviations of +13.2% for A1 and -4.0 for V apply to the measured samples. В этом эксперименте теоретические количества А1 (6%) и V (4%) добавили для А1, и на 10% больше добавили для А2 и A3 для контраста. Результаты EDS-анализа приведены в табл. 6.In this experiment, theoretical amounts of A1 (6%) and V (4%) were added for A1, and 10% more were added for A2 and A3 for contrast. The results of EDS analysis are given in table. 6. Таблица 6. Содержание алюминия и ванадия согласно EDSTable 6. Aluminum and vanadium content according to EDS Образец А1 (калиброванный %) V (калиброванный %)Sample A1 (calibrated%) V (calibrated%) А1 6,15 3,04A1 6.15 3.04 А2 6,80 3,10A2 6.80 3.10 АЗ 6,9 3,14AZ 6.9 3.14 Стандарт (ASM4998) 5,5-6,5 3,5-4,5Standard (ASM4998) 5.5-6.5 3.5-4.5 Результаты показывают, что калиброванный А1 составляет 6,15%, что находится в приемлемом диапазоне. Однако оба из калиброванных А2 и A3 содержат больше алюминия, чем приемлемый верхний предел. Таким образом, теоретическое значение Al2O3 может быть добавлено с хорошими результатами. Вариация А1 и V от частицы к частице находится в приемлемом диапазоне в каждой партии, для всех партий из А1-А3, показывающих хорошую однородность.The results show that the calibrated A1 is 6.15%, which is within the acceptable range. However, both A2 and A3 calibrated contain more aluminum than the acceptable upper limit. Thus, the theoretical value of Al 2 O 3 can be added with good results. The particle-to-particle variation of A1 and V is within an acceptable range within each batch, with all batches from A1-A3 showing good uniformity. Результаты также показывают, что все три образца содержат меньше ванадия, чем желательный нижний предел. Соответственно этому, как описано выше, примеры от А4 до А6 были обработаны с использованием V2O3 в качестве источника порошка оксида ванадия при стехиометрическиих соотношениях. V2O3 имеет более высокую температуру плавления (1970°С), чем V2O5 (690°C), что может сокращать испарение во время удаления связующих материалов и спекания при 1200°С. Табл. 7 показывает EDSрезультаты для образцов от А4 до А6.The results also show that all three samples contain less vanadium than the desired lower limit. Accordingly, as described above, Examples A4 to A6 were processed using V 2 O 3 as a source of vanadium oxide powder at stoichiometric ratios. V 2 O 3 has a higher melting point (1970°C) than V 2 O 5 (690°C), which may reduce evaporation during debinding and sintering at 1200°C. Table 7 shows the EDS results for samples A4 to A6. Таблица 7. Содержание алюминия и ванадия согласно EDSTable 7. Aluminum and vanadium content according to EDS Образец А1 (калиброванный %) V (калиброванный %)Sample A1 (calibrated%) V (calibrated%) А4 6,04 3,66A4 6.04 3.66 А5 6,21 3,45A5 6.21 3.45 Аб 6,И 4,ИAb 6,I 4,I Стандарт (ASM4998) 5,5-6,5 3,5-4,5Standard (ASM4998) 5.5-6.5 3.5-4.5 Эти результаты показали, что оба из алюминия и ванадия находятся в пределах приемлемых диапазонов. Однако вариация ванадия от частицы к частице в пределах каждой партии была неприемлемо высокой. Это выглядело бы как результат плохой смачиваемости V2O3 сравнительно с V2O5, приводя к неравномерному распределению элементов среди частиц. Так от 20 до 30% избытка V2O5 могут быть использованы в композитном порошке для достижения хорошей смачиваемости и возможности некоторого испарения или потери во время стадий предварительного восстановления. В некоторых случаях также может быть подходящим избыток от 10 до 50%.These results showed that both aluminum and vanadium were within acceptable ranges. However, the particle-to-particle variation of vanadium within each batch was unacceptably high. This would appear to be the result of poor wettability of V 2 O 3 compared to V 2 O 5 , leading to an uneven distribution of elements among the particles. So 20 to 30% excess V 2 O 5 can be used in the composite powder to achieve good wettability and allow for some evaporation or loss during the pre-reduction steps. In some cases, an excess of 10 to 50% may also be suitable. Приведенное выше подробное описание представляет изобретение со ссылкой на конкретные примерные варианты осуществления. Однако будет понятно, что различные модификации и изменения могут быть сделаны без выхода за пределы области настоящего изобретения, как изложенной в пунктах прилагаемой формулы изобретения. Подробное описание и сопроводительные чертежи должны рассматриваться скорее только как иллюстративные, нежели как ограничивающие, и все такие модификации или изменения, если имеют место, предполагаются входящими в пределы области настоящего изобретения, как здесь описанного и изложенного.The above detailed description introduces the invention with reference to specific exemplary embodiments. However, it will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present invention as set forth in the appended claims. The detailed description and accompanying drawings are to be considered as illustrative only and not as limiting, and all such modifications or changes, if any, are intended to fall within the scope of the present invention as described and set forth herein. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ получения продукта в виде дисперсного титанового сплава, включающий получение смеси композитных дисперсных оксидов, включающей порошок оксида титана и порошок по меньшей мере одного легирующего элемента, причем порошок по меньшей мере одного легирующего элемента представляет собой порошок по меньшей мере одного из оксида металла, элементарного металла и гидрида металла, кроме того, при этом порошок оксида металла выбирают из группы, состоящей из A2O3, V2O5, CuO, MnO, V2O3, Fe2O3, Nb2O5, ZrO2, МоОз, MoO2, С^Оз, SnO2, S1O2, Ta2Os, CoO, WO3, МО и их комбинаций, причем элементарный металл выбирают из группы, состоящей из Al, Мо, V, Nb, Та, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Zr, Sn, Ni, Si и их комбинаций; и при этом гидрид металла выбирают из группы, состоящей из гидрида алюминия, гидрида ванадия, гидрида ниобия, гидрида тантала, гидрида циркония, гидрида кремния и их комбинаций;1. A method for producing a product in the form of a dispersed titanium alloy, including obtaining a mixture of composite dispersed oxides, including titanium oxide powder and a powder of at least one alloying element, wherein the powder of at least one alloying element is a powder of at least one metal oxide, elemental metal and metal hydride, in addition, the metal oxide powder is selected from the group consisting of A2O3, V2O5, CuO, MnO, V2O3, Fe2O3, Nb2O 5 , ZrO2, MoO3, MoO2, C^O3, SnO2, S1O2, Ta2Os , CoO, WO 3 , MO and combinations thereof, wherein the elemental metal is selected from the group consisting of Al, Mo, V, Nb, Ta, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Zr, Sn, Ni, Si and their combinations; and wherein the metal hydride is selected from the group consisting of aluminum hydride, vanadium hydride, niobium hydride, tantalum hydride, zirconium hydride, silicon hydride and combinations thereof; совместное восстановление смеси композитных дисперсных оксидов с использованием металлического восстановителя в водородной атмосфере при температуре восстановления в течение времени вос- 16 045179 становления, достаточного для образования продукта в виде гидрированного титанового сплава;co-reduction of a mixture of composite dispersed oxides using a metal reducing agent in a hydrogen atmosphere at a reduction temperature for a reduction time sufficient to form a product in the form of a hydrogenated titanium alloy; термическую обработку продукта в виде гидрированного титанового сплава в водородной атмосфере и при температуре термической обработки для сокращения размера пор и удельной площади поверхности с образованием термически обработанного гидрированного титанового продукта и деоксигенирование термически обработанного гидрированного титанового продукта для сокращения остаточного кислорода до менее 0,3 вес.% с образованием деоксигенированного гидрированного титанового продукта.heat treating the hydrogenated titanium alloy product under a hydrogen atmosphere and at a heat treatment temperature to reduce pore size and specific surface area to form a heat treated hydrogenated titanium product; and deoxygenating the heat treated hydrogenated titanium product to reduce residual oxygen to less than 0.3 wt%. to form a deoxygenated hydrogenated titanium product. 2. Способ по п.1, в котором порошок оксида титана содержит более чем 80 вес.% оксидов титана.2. The method according to claim 1, wherein the titanium oxide powder contains more than 80 wt.% titanium oxides. 3. Способ по п.1, в котором смесь композитных дисперсных оксидов получают ра змалыванием порошка оксида титана и порошка по меньшей мере одного легирующего элемента с образованием сырьевого оксидного порошка, имеющего заданный размер частиц;3. The method according to claim 1, in which a mixture of composite dispersed oxides is obtained by grinding titanium oxide powder and a powder of at least one alloying element to form a raw oxide powder having a given particle size; го могенизацией сырьевого оксидного порошка с образованием композитного однородного агломерата;homogenization of raw oxide powder with the formation of a composite homogeneous agglomerate; вы сушиванием и измельчением композитного однородного агломерата с образованием гомогенизированного композитного оксидного порошка;drying and grinding the composite homogeneous agglomerate to form a homogenized composite oxide powder; удалением связующих материалов и спеканием гомогенизированного композитного оксидного порошка с образованием спеченного композитного оксидного материала и дроблением спеченного композитного оксидного материала с образованием порошка спеченного гомогенизированного композитного оксида, имеющего увеличенный размер порошкового материала в отношении заданного размера частиц.removing the binder materials and sintering the homogenized composite oxide powder to form a sintered composite oxide material and crushing the sintered composite oxide material to form a sintered homogenized composite oxide powder having an increased size of the powder material in relation to a given particle size. 4. Способ по п.1, в котором титановый продукт выбирают из группы, состоящей из Ti-6Al-4V, Ti2,5Cu, Ti-8Mn, Ti-3Al-2,5V, Ti-5Al-2,5Fe, Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-15Mo-5Zr, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-8V3Al-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si, Ti-15Mo-3Al-2,7Nb-0,25Si, и Ti-15Mo-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr-1Fe.4. The method according to claim 1, in which the titanium product is selected from the group consisting of Ti-6Al-4V, Ti2.5Cu, Ti-8Mn, Ti-3Al-2.5V, Ti-5Al-2.5Fe, Ti- 6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-15Mo-5Zr, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-8V3Al-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si, Ti- 15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si, and Ti-15Mo-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr-1Fe. 5. Способ по п.1, в котором металлический восстановитель представляет собой по меньшей мере один из магниевого восстановителя и кальциевого восстановителя.5. The method of claim 1, wherein the metal reducing agent is at least one of a magnesium reducing agent and a calcium reducing agent. 6. Способ по п.1, в котором совместное восстановление дополнительно включает среду расплавленной соли, причем температура восстановления является достаточной для расплавления как металлического восстановителя, так и среды расплавленной соли.6. The method of claim 1, wherein the co-reduction further comprises a molten salt medium, wherein the reduction temperature is sufficient to melt both the metal reducing agent and the molten salt medium. 7. Способ по п.6, в котором металлический восстановитель представляет собой Mg, а среда расплавленной соли представляет собой MgCl2.7. The method of claim 6, wherein the metal reducing agent is Mg and the molten salt medium is MgCl 2 . 8. Способ по п.1, в котором совместное восстановление проводят нагреванием до температуры восстановления под инертным газом и затем создают водородную атмосферу по достижении примерно 10% температуры восстановления.8. The method of claim 1, wherein the co-reduction is carried out by heating to the reduction temperature under an inert gas and then creating a hydrogen atmosphere after reaching about 10% of the reduction temperature. 9. Способ по п.8, в котором совместное восстановление включает стадию охлаждения, в которой поддерживают водородную атмосферу и которая необязательно включает инертный газ.9. The method of claim 8, wherein the co-reduction includes a cooling step that is maintained under a hydrogen atmosphere and which optionally includes an inert gas. 10. Способ по п.1, в котором содержание кислорода в продукте в виде гидрированного титанового сплава составляет менее чем около 0,2%.10. The method of claim 1, wherein the oxygen content of the hydrogenated titanium alloy product is less than about 0.2%. 11. Способ по п.1, в котором продукт в виде гидрированного титанового сплава включает TiH2 с растворенными в нем легирующими элементами и, необязательно, элементарный титан.11. The method of claim 1, wherein the hydrogenated titanium alloy product comprises TiH 2 with alloying elements dissolved therein and, optionally, elemental titanium. 12. Способ по п.1, причем в способе исключены электролиз и хлорирование.12. The method according to claim 1, wherein the method excludes electrolysis and chlorination. 13. Способ по п.1, в котором продукт в виде гидрированного титанового сплава представляет собой порошок, имеющий удельную площадь поверхности от 0,1 до 100 м2/г и средний диаметр частиц от 1 до 1000 мкм.13. The method according to claim 1, wherein the hydrogenated titanium alloy product is a powder having a specific surface area of 0.1 to 100 m 2 /g and an average particle diameter of 1 to 1000 μm. 14. Способ по п.1, в котором термически обработанный гидрированный титановый продукт представляет собой уплотненный и укрупненный порошок, имеющий малую удельную площадь поверхности от 0,01 до 0,5 м2/г и средний диаметр частиц от 1 до 1000 мкм.14. The method according to claim 1, in which the heat-treated hydrogenated titanium product is a compacted and coarsened powder having a small specific surface area from 0.01 to 0.5 m 2 /g and an average particle diameter from 1 to 1000 μm. 15. Способ по п.1, дополнительно включающий дробление термически обработанного гидрированного титанового продукта для уменьшения агломерирования и образования дисперсного порошка, имеющего средний размер частиц от 10 до 1000 мкм.15. The method according to claim 1, further comprising crushing the heat-treated hydrogenated titanium product to reduce agglomeration and form a dispersed powder having an average particle size from 10 to 1000 microns. 16. Способ по п.1, в котором деоксигенирование проводят нагреванием термически обработанного гидрированного титанового продукта с деоксигенирующим агентом при температуре деоксигенирования и в водородной атмосфере.16. The method according to claim 1, in which deoxygenation is carried out by heating a heat-treated hydrogenated titanium product with a deoxygenating agent at the deoxygenation temperature and in a hydrogen atmosphere. 17. Способ по п.16, в котором деоксигенирующий агент представляет собой по меньшей мере один из Mg, MgH2, Ca и СаН2.17. The method of claim 16, wherein the deoxygenating agent is at least one of Mg, MgH 2 , Ca and CaH 2 . 18. Способ по п.17, в котором деоксигенирующий агент представляет собой Mg и в качестве среды расплавленной соли используют MgCl2.18. The method of claim 17, wherein the deoxygenating agent is Mg and MgCl 2 is used as the molten salt medium. 19. Способ по п.16, в котором массовое отношение термически обработанного гидрированного титанового продукта к деоксигенирующему агенту составляет от 1:0,2 до 1:1.19. The method of claim 16, wherein the weight ratio of the heat-treated hydrogenated titanium product to the deoxygenating agent is from 1:0.2 to 1:1. 20. Способ по п.16, в котором температура деоксигенирования является достаточной для расплавления агента, а также является достаточной для расплавления соли в смеси.20. The method of claim 16, wherein the deoxygenation temperature is sufficient to melt the agent and is also sufficient to melt the salt in the mixture. 21. Способ по п.16, в котором деоксигенирование проводят нагреванием термически обработанного гидрированного титанового продукта в атмосфере инертного газа до достижения около 20% температуры21. The method according to claim 16, in which deoxygenation is carried out by heating the thermally treated hydrogenated titanium product in an inert gas atmosphere until about 20% temperature is reached - 17 045179 деоксигенирования и затем поддерживают водородную атмосферу на протяжении времени выдерживания деоксигенирования.- 17 045179 deoxygenation and then maintain a hydrogen atmosphere during the deoxygenation holding time. 22. Способ по п.16, дополнительно включающий удаление остаточного металлического восстановителя и соответствующих оксидов восстановителя из продукта в виде гидрированного титанового сплава или из термически обработанного гидрированного титанового продукта перед деоксигенированием.22. The method of claim 16, further comprising removing residual metal reducing agent and corresponding reducing agent oxides from the hydrogenated titanium alloy product or from the thermally treated hydrogenated titanium product prior to deoxygenation. 23. Способ по п.16, в котором температура деоксигенирования составляет от 650 до 800°С.23. The method according to claim 16, in which the deoxygenation temperature is from 650 to 800°C. 24. Способ по п.1, в котором остаточный кислород в деоксигенированном гидрированном титановом продукте составляет менее 0,15 вес.%.24. The method according to claim 1, wherein the residual oxygen in the deoxygenated hydrogenated titanium product is less than 0.15 wt.%. 25. Способ по п.1, в котором дегидрирование является обязательным и дегидрирование включает нагревание деоксигенированного гидрированного титанового продукта в обедненной водородом атмосфере, достаточное для выведения водорода из деоксигенированного гидрированного титанового продукта с образованием продукта в виде титанового сплава, имеющего содержание водорода менее чем около 100 млн-1 вес.%.25. The method of claim 1, wherein dehydrogenation is optional and the dehydrogenation comprises heating the deoxygenated hydrogenated titanium product in a hydrogen-depleted atmosphere sufficient to remove hydrogen from the deoxygenated hydrogenated titanium product to form a titanium alloy product having a hydrogen content of less than about 100 million -1 wt.%. 26. Способ получения продукта в виде дисперсного титанового сплава, включающий получение смеси композитных дисперсных оксидов, включающей порошок оксида титана;26. A method for producing a product in the form of a dispersed titanium alloy, including obtaining a mixture of composite dispersed oxides, including titanium oxide powder; восстановление смеси дисперсных оксидов с использованием металлического восстановителя в водородной атмосфере при температуре восстановления в течение времени восстановления, достаточного для образования гидрированного титанового продукта;reducing the mixture of dispersed oxides using a metal reducing agent in a hydrogen atmosphere at a reduction temperature for a reduction time sufficient to form a hydrogenated titanium product; введение по меньшей мере одного легирующего элемента в гидрированный титановый продукт с образованием композитного гидрированного титанового продукта, причем порошок по меньшей мере одного легирующего элемента представляет собой по меньшей мере один из порошка оксида металла, элементарного металла и гидрида металла, и кроме того, при этом порошок оксида металла выбирают из группы, состоящей из Al2O3, V2O5, CuO, MnO, V2O3, Fe2O3, Nb2O5, ZrO2, MoO3, MoO2, Cr2O3, SnO2, SiO2, Ta2O5, CoO, WO3, МО и их комбинаций, причем элементарный металл выбирают из группы, состоящей из Al, Mo, V, Nb, Та, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Zr, Sn, Ni, Si и их комбинаций; и при этом гидрид металла выбирают из группы, состоящей из гидрида алюминия, гидрида ванадия, гидрида ниобия, гидрида тантала, гидрида циркония, гидрида кремния, и их комбинаций;introducing at least one alloying element into the hydrogenated titanium product to form a composite hydrogenated titanium product, wherein the powder of the at least one alloying element is at least one of a metal oxide powder, an elemental metal and a metal hydride, and further, wherein the powder the metal oxide is selected from the group consisting of Al 2 O 3 , V 2 O 5 , CuO, MnO, V 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , MoO 3 , MoO 2 , Cr 2 O 3 , SnO 2 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , CoO, WO 3 , MO and combinations thereof, wherein the elemental metal is selected from the group consisting of Al, Mo, V, Nb, Ta, Fe, Cr, Mn, Co, Cu , W, Zr, Sn, Ni, Si and their combinations; and wherein the metal hydride is selected from the group consisting of aluminum hydride, vanadium hydride, niobium hydride, tantalum hydride, zirconium hydride, silicon hydride, and combinations thereof; термическую обработку композитного гидрированного титанового продукта в водородной атмосфере и при температуре термической обработки для сокращения размера пор и удельной площади поверхности с образованием продукта в виде термически обработанного гидрированного титанового сплава и деоксигенирование продукта в виде термически обработанного гидрированного титанового сплава для сокращения остаточного кислорода до менее 0,3 вес.% с образованием деоксигенированного гидрированного титанового продукта.heat treating the composite hydrogenated titanium product under a hydrogen atmosphere and at a heat treatment temperature to reduce pore size and specific surface area to form a heat treated hydrogenated titanium alloy product and deoxygenating the heat treated hydrogenated titanium alloy product to reduce residual oxygen to less than 0, 3 wt.% to form a deoxygenated hydrogenated titanium product. 27. Способ по п.26, в котором по меньшей мере один порошок легирующего элемента представляет собой элементарный металл и стадии введения и термической обработки выполняют одновременно.27. The method of claim 26, wherein the at least one alloying element powder is an elemental metal and the addition and heat treatment steps are performed simultaneously. 28. Способ получения продукта в виде дисперсного титанового сплава, включающий получение смеси композитных дисперсных оксидов, включающей порошок оксида титана и по меньшей мере один порошок легирующего элемента;28. A method for producing a product in the form of a dispersed titanium alloy, including obtaining a mixture of composite dispersed oxides, including titanium oxide powder and at least one alloying element powder; совместное восстановление смеси композитных дисперсных оксидов с использованием металлического восстановителя в водородной атмосфере при температуре восстановления в течение времени восстановления, достаточного для образования продукта в виде гидрированного титанового сплава, причем совместное восстановление проводят нагреванием до температуры восстановления под инертным газом и затем создают водородную атмосферу по достижении примерно 10% температуры восстановления;co-reduction of a mixture of composite dispersed oxides using a metal reducing agent under a hydrogen atmosphere at a reduction temperature for a reduction time sufficient to form a hydrogenated titanium alloy product, wherein the co-reduction is carried out by heating to the reduction temperature under an inert gas and then introducing a hydrogen atmosphere upon reaching approximately 10% recovery temperature; термическую обработку композитного гидрированного титанового продукта в водородной атмосфере и при температуре термической обработки для сокращения размера пор и удельной площади поверхности с образованием термически обработанного гидрированного титанового продукта и деоксигенирование термически обработанного гидрированного титанового продукта для сокращения остаточного кислорода до менее 0,3 вес.% с образованием деоксигенированного гидрированного титанового продукта.heat treating the composite hydrogenated titanium product under a hydrogen atmosphere and at a heat treatment temperature to reduce pore size and specific surface area to form a heat treated hydrogenated titanium product; and deoxygenating the heat treated hydrogenated titanium product to reduce residual oxygen to less than 0.3 wt.% to form deoxygenated hydrogenated titanium product. 29. Способ по п.28, в котором по меньшей мере один порошок легирующего элемента представляет собой по меньшей мере один из порошка оксида металла, элементарного металла и гидрида металла, и, кроме того, при этом порошок оксида металла выбирают из группы, состоящей из Al2O3, V2O5, CuO, MnO, V2O3, Fe2O3, Nb2O5, ZrO2, MoO3, MoO2, Cr2O3, SnO2, SiO2, Ta2O5, CoO, WO3, МО и их комбинаций, причем элементарный металл выбирают из группы, состоящей из Al, Мо, V, Nb, Та, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Zr, Sn, Ni, Si и их комбинаций; и причем гидрид металла выбирают из группы, состоящей из гидрида алюминия, гидрида ванадия, гидрида ниобия, гидрида тантала, гидрида циркония, гидрида кремния, и их комбинаций.29. The method of claim 28, wherein the at least one alloying element powder is at least one of a metal oxide powder, an elemental metal powder, and a metal hydride powder, and further wherein the metal oxide powder is selected from the group consisting of Al 2 O 3 , V 2 O 5 , CuO, MnO, V 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , MoO 3 , MoO 2 , Cr 2 O 3 , SnO 2 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , CoO, WO 3 , MO and combinations thereof, wherein the elemental metal is selected from the group consisting of Al, Mo, V, Nb, Ta, Fe, Cr, Mn, Co, Cu, W, Zr, Sn, Ni , Si and their combinations; and wherein the metal hydride is selected from the group consisting of aluminum hydride, vanadium hydride, niobium hydride, tantalum hydride, zirconium hydride, silicon hydride, and combinations thereof. 30. Способ получения продукта в виде дисперсного титанового сплава, включающий получение смеси композитных дисперсных оксидов, включающей порошок оксида титана и по меньшей мере один порошок легирующего элемента;30. A method for producing a product in the form of a dispersed titanium alloy, including obtaining a mixture of composite dispersed oxides, including titanium oxide powder and at least one alloying element powder; совместное восстановление смеси композитных дисперсных оксидов с использованием металличе-joint reduction of a mixture of composite dispersed oxides using metallic
EA202292626 2020-03-16 2021-02-01 METHODS FOR OBTAINING A PRODUCT IN THE FORM OF TITANIUM ALLOY EA045179B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/820,413 2020-03-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA045179B1 true EA045179B1 (en) 2023-10-31

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6522249B2 (en) Method of deoxygenating a metal having oxygen dissolved in a solid solution
CN111819016A (en) Spherical tantalum powder, products containing same and method for making same
EP3036195B1 (en) Producing a titanium product
JP2017520678A (en) Production of substantially spherical metal powder
JP2004511651A (en) High purity niobium, product containing the same, and method for producing the same
KR102563581B1 (en) Methods of making titanium alloy products
US4470847A (en) Process for making titanium, zirconium and hafnium-based metal particles for powder metallurgy
Kim et al. Comparison of deoxidation capability of solid solution and intermetallic titanium alloy powders deoxidized by calcium vapor
US4595413A (en) Group IVb transition metal based metal and processes for the production thereof
EP3098199B1 (en) Process for the direct production of tungsten carbide powders of various grain sizes starting from scheelite
EA045179B1 (en) METHODS FOR OBTAINING A PRODUCT IN THE FORM OF TITANIUM ALLOY
WO2016010816A1 (en) Corrosion resistant article and methods of making
Guo et al. Preparation of low-oxygen-containing Ti–48Al–2Cr–2Nb alloy powder by direct reduction of oxides
BR112022018606B1 (en) METHOD FOR PRODUCING A PARTICULATE TITANIUM ALLOY PRODUCT
Borhani et al. The Effect of Temperature on the Purity of Nano-Scale Tantalum Powder Produced from Its Scrap by Reaction with Magnesium and Calcium
Zhang et al. Methods of deoxygenating metals having oxygen dissolved therein in a solid solution
CN118109711A (en) Method for preparing low-oxygen fine titanium and titanium alloy powder
Fang et al. Producing a titanium product
CN116695030A (en) Large-size CuZr-based amorphous composite material and preparation method thereof
CA1238803A (en) Group ivb transition metal based metal and processes for the production thereof
Fraser et al. THE MAGNESIOTHERMIC REDUCTION OF UP-GRADED Ti-SLAG, INVESTIGATED BY TGA-DSC
Zhang et al. The Magnesiothermic Reduction of Up‐Graded Ti‐SLAG, Investigated by TGA‐DSC
JPH0270034A (en) Iv b group transition metal base metal sponge
AU3109484A (en) Group ivb transition metal based metal and processes for the production thereof