一种宇航级钒铝合金的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种宇航级钒铝合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将五氧化二钒、金属铝和造渣剂混合均匀后置于冶炼炉中进行电极加热冶炼，得到钒铝合金锭；(2)将钒铝合金锭与炉渣进行分离后，破碎，得到钒铝合金块；(3)钒铝合金块与金属铝混合后进行真空精炼，得到宇航级钒铝合金。本发明专利技术所述方法通过控制原料状态，采用电极加热冶炼，并在真空精炼过程中分期加料并不断转动坩埚的角度，使最终制得的钒铝合金不仅杂质低，纯度高，成分均匀且致密，而且均匀度也得到了保证。

【技术实现步骤摘要】
一种宇航级钒铝合金的制备方法
本专利技术属于合金领域，涉及一种宇航级钒铝合金的制备方法，尤其涉及一种低杂质且成分均匀的宇航级钒铝合金的制备方法。
技术介绍
钛合金中重要的两种合金是Ti-6Al-4V和Ti-8Al-1Mo-1V，这两种合金共占钛合金市场的50％，可用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳等。钒通常以Al-V中间合金形式加入到钛合金中。目前，国内普遍采用的钒铝合金的生产方法是：用石墨板砌筑高温冶炼炉和炉罩，然后将粉状五氧化二钒和铝粉按一定配比用人工混合后装入反应炉中，然后点火冶炼，自然冷却24h出炉，人工整理去除氧化膜，破碎包装。这种常规方法生产出来的钒铝合金存在杂质含量高和成分均匀性差两大缺点，同时合金锭各个部位偏析较大。因此很难达到航空级钛合金制备的要求。CN102330007A公开了一种航空级钒铝合金的制备方法及生产系统，所述方法用镁砖砌成镁砖冶炼炉；将砌好的镁砖冶炼炉置于液化气或煤气干燥窑内；采用计算机控制的配料机进行配料；将配比好的原料装入V型混料机充分混合；打掉表面的氧化皮；放入真空感应熔炼炉中进行熔炼到液体状态；在离心浇铸机中进行浇铸；采用氩气循环冷却；破碎包装；生产系统是由配料机、V形混料机、镁砖冶炼炉、真空感应熔炼炉和离心浇铸机组成。上述制备方法虽然具有较好的均匀度，工艺复杂，钒收率低，产品纯度低，生产成本较高。CN103849787A公开了一种宇航级钒铝合金的制备方法，所述方法将五氧化二钒、金属铝和冷却剂混匀后装入冶炼炉中，点火冶炼得到含钒75～85wt％的钒铝合金和炉渣；将所述冶炼得到的钒铝合金加入真空感应炉中进行加铝重熔，其中，加入的铝与加入的钒铝合金的质量比为0.45～0.77，精炼得到含钒45～55wt％的宇航级钒铝合金。但上述方法对原料要求标准较高，需要将原料破碎至一定粒径的细粉，这使得冶炼过程易喷溅，不仅影响成分均匀性而且杂质含量偏高；并且所述方法需要在冶炼炉上设置保护层，工艺过程复杂，成本较高。因此，如何研究出一种方法简单，且制得的航空级钒铝合金可同时满足均匀度以及纯度要求的方法是亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术宇航级钒铝合金制备方法中存在的工艺复杂，冶炼过程易喷溅，分均匀性差且杂质含量偏高，工艺过程复杂，成本较高等问题，本专利技术提供了一种低杂质且成分均匀的宇航级钒铝合金的制备方法。本专利技术所述方法通过控制原料状态，采用电极加热冶炼，并在真空精炼过程中分期加料并不断转动坩埚的角度，使最终制得的钒铝合金不仅杂质低，纯度高，成分均匀且致密，而且均匀度也得到了保证。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种宇航级钒铝合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将五氧化二钒、金属铝和造渣剂混合均匀后置于电弧炉中进行电极加热冶炼，得到钒铝合金锭；(2)将步骤(1)得到的钒铝合金锭与炉渣进行分离后，破碎，得到钒铝合金块；(3)将步骤(2)得到的钒铝合金块与金属铝混合后进行真空精炼，得到宇航级钒铝合金。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述将五氧化二钒、金属铝和造渣剂混合均匀后置于冶炼炉前，用镁砖和钒铝炉渣打结冶炼炉的炉衬。本专利技术中，用镁砖和钒铝炉渣打结冶炼炉的炉衬，可以有效回收钒铝炉渣内的氧化铝和钒。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述五氧化二钒为颗粒状的五氧化二钒。本专利技术中，使用颗粒状的原料，可以减少冶炼喷溅，节省原料，降低成本。优选地，所述颗粒状的五氧化二钒的颗粒粒度为3mm～20mm，例如3mm、5mm、7mm、9mm、10mm、11mm、13mm、15mm、17mm、19mm或20mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为8mm～10mm。优选地，步骤(1)所述五氧化二钒的纯度≥98.5wt％。优选地，步骤(1)所述金属铝为金属铝粒。优选地，所述金属铝粒的粒度为5mm～20mm，例如5mm、7mm、9mm、10mm、11mm、13mm、15mm、17mm、19mm或20mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5mm～10mm。优选地，步骤(1)所述金属铝的纯度≥99.8wt％。优选地，步骤(1)所述造渣剂为氟化钙。优选地，所述氟化钙的纯度≥99.5wt％。本专利技术中，加入氟化钙，可以调整炉渣成分，降低炉渣粘度，有利于合金液沉降，减少渣中夹带合金，能有效地提高冶炼回收率。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述五氧化二钒、金属铝和造渣剂的用量按重量份计分别为：五氧化二钒1份～1.5份，例如1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；金属铝0.5份～2份，例如0.5份、0.6份、0.8份、1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份或2份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；造渣剂0.05份～0.1份，例如0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或0.1份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述五氧化二钒、金属铝和造渣剂的用量按重量份计分别为：五氧化二钒1.05份～1.2份，金属铝1份，造渣剂0.08份～0.1份。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述电极加热冶炼的冶炼温度为1500℃～1800℃，例如1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃或1800℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1650℃～1700℃。本专利技术采用电极加热可提高钒的回收率。优选地，步骤(1)所述电极加热冶炼的冶炼时间为5min～15min，例如5min、7min、9min、10min、11min、13min或15min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为8min～10min。优选地，步骤(1)所述钒铝合金锭的含钒量为60wt％～65wt％，例如60wt％、61wt％、62wt％、63wt％、64wt％或65wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述破碎为：将钒铝合金锭破碎至粒度为10mm～30mm，例如10mm、13mm、15mm、17mm、20mm、23mm、25mm、27mm或30mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10mm～20mm。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)所述金属铝为金属铝粒。优选地，所述金属铝粒的粒度为5mm～20mm，例如5mm、7mm、9mm、10mm、11mm、13mm、15mm、17mm、19mm或20mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5mm～10mm。优选地，步骤(3)所述金属铝与钒铝合金块的质量比为(0.03～0.19):1，例如0.03:1、0.05:1、0.07:1、0.1:1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宇航级钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将五氧化二钒、金属铝和造渣剂混合均匀后置于电弧炉中进行电极加热冶炼，得到钒铝合金锭；(2)将步骤(1)得到的钒铝合金锭与炉渣进行分离后，破碎，得到钒铝合金块；(3)将步骤(2)得到的钒铝合金块与金属铝混合后进行真空精炼，得到宇航级钒铝合金。

【技术特征摘要】
1.一种宇航级钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将五氧化二钒、金属铝和造渣剂混合均匀后置于电弧炉中进行电极加热冶炼，得到钒铝合金锭；(2)将步骤(1)得到的钒铝合金锭与炉渣进行分离后，破碎，得到钒铝合金块；(3)将步骤(2)得到的钒铝合金块与金属铝混合后进行真空精炼，得到宇航级钒铝合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述将五氧化二钒、金属铝和造渣剂混合均匀后置于冶炼炉前，用镁砖和钒铝炉渣打结冶炼炉的炉衬。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述五氧化二钒为颗粒状的五氧化二钒；优选地，所述颗粒状的五氧化二钒的颗粒粒度为3mm～20mm，优选为8mm～10mm；优选地，步骤(1)所述五氧化二钒的纯度≥98.5wt％；优选地，步骤(1)所述金属铝为金属铝粒；优选地，所述金属铝粒的粒度为5mm～20mm，优选为5mm～10mm；优选地，步骤(1)所述金属铝的纯度≥99.8wt％；优选地，步骤(1)所述造渣剂为氟化钙；优选地，所述氟化钙的纯度≥99.5wt％。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述五氧化二钒、金属铝和造渣剂的用量按重量份计分别为：五氧化二钒1份～1.5份，金属铝0.5份～2份，造渣剂0.05份～0.1份；优选地，步骤(1)所述五氧化二钒、金属铝和造渣剂的用量按重量份计分别为：五氧化二钒1.05份～1.2份，金属铝1份，造渣剂0.08份～0.1份。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述电极加热冶炼的冶炼温度为1500℃～1800℃，优选为1650℃～1700℃；优选地，步骤(1)所述电极加热冶炼的冶炼时间为5min～15min，优选为8min～10min；优选地，步骤(1)所述钒铝合金锭的含钒量为60wt％～65wt％。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述破碎为：将钒铝合金锭破碎至粒度为10mm～30mm，优选为10mm～20mm。7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述金属铝为金属铝粒；优选地，所述金属铝粒的粒度为5mm～20mm，优选为5mm～10mm；优选地，步骤(3)所述金属铝与钒铝合金块的质量比为(0.03～0.19):1，优选为(0.08～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兰杰，万贺利，李九江，杨丽丽，张苏新，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司承德分公司，
类型：发明
国别省市：河北,13