阅读说明：本技术 一种提高AlV55合金成品率的方法 (Method for improving yield of AlV55 alloy ) 是由 陈海军 尹丹凤 高雷章 师启华 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种提高AlV55合金成品率的方法,该方法包括以下步骤：步骤1：将五氧化二钒和铝粒原料按照一定配比混合均匀；步骤2：将混合好的物料倒入到反应器中,引燃镁带触发反应,进行铝热还原冶炼；步骤3：反应完毕后,立即向反应器内通入惰性气体；步骤4：冷却后,经喷砂破碎处理得到AlV55合金成品。采用本发明的方法制备AlV55合金,钒含量可控制在59％～59.5％,AlV55合金成品率可提高到70％以上。此外,本发明的方法工艺简单、成本低。(The invention provides a method for improving the yield of AlV55 alloy, which comprises the following steps: step 1: mixing vanadium pentoxide and aluminum particle raw materials uniformly according to a certain proportion; step 2: pouring the mixed materials into a reactor, igniting a magnesium strip to trigger reaction, and carrying out aluminothermic reduction smelting; and step 3: after the reaction is finished, immediately introducing inert gas into the reactor; and 4, step 4: and after cooling, performing sand blasting and crushing treatment to obtain an AlV55 alloy finished product. The method for preparing the AlV55 alloy has the advantages that the vanadium content can be controlled within 59-59.5%, and the yield of the AlV55 alloy can be improved to more than 70%. In addition, the method has simple process and low cost.)

一种提高AlV55合金成品率的方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种提高AlV55合金成品率的方法。

背景技术

钒铝合金作为钛合金的一种重要添加剂，常用来改善钛合金性能，使之在强度、韧性、成形性、耐腐蚀、耐高温等方面更具优势，是制造水上飞机、滑翔机、汽车发动机系统、汽车底盘部件、高尔夫球杆和医疗器材的重要材料。

随着我国经济的迅速发展和人民消费水平的不断提升，我国的国防实力、宇航实力显著增强，应用于民用工业和航空航天领域的钛合金出现了大幅度增长势头。我国主要采用AlV55合金制备Ti-6Al-4V合金，所以市场需求量很大，但目前采用一步法制备AlV55合金的成品率却普遍不高，虽然不合格产品可回炉充当冷却剂在总钒量上损失不大，但生产成本却一直居高不下。

基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种提高AlV55合金成品率的方法，该方法能够较为有效地解决一步法制备AlV55合金成品率偏低且成本高的问题。

根据本发明，提供一种提高AlV55合金成品率的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将五氧化二钒和铝粒原料按照一定配比混合均匀；

步骤2：将混合好的物料倒入到反应器中，引燃镁带触发反应，进行铝热还原冶炼；

步骤3：反应完毕后，立即向反应器内通入惰性气体进行吹扫；

步骤4：冷却后，经喷砂破碎处理得到AlV55合金成品。

在本发明的一个实施例中，步骤1中，五氧化二钒与铝粒的重量配比为1.12:1～1.9:1。

在本发明的一个实施例中，五氧化二钒的粒度≤160目，金属Al粒度≤120目。

在本发明的一个实施例中，五氧化二钒的粒度≤120目，金属Al粒度≤80目。

在本发明的一个实施例中，步骤1的原料中可以配加一定量的冷却剂。

在本发明的一个实施例中，冷却剂为AlV55残次品。

在本发明的一个实施例中，步骤3中，惰性气体的通入时间为5～8h。

在本发明的一个实施例中，步骤3中，惰性气体的通入流量保持为1～5m³/h。

在本发明的一个实施例中，惰性气体为氩气、氦气、氖气中的至少一种。

在本发明的一个实施例中，步骤1中，五氧化二钒与铝粒按照一定配比称量后装入料罐中混合均匀。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

本发明在一步法铝热还原的基础上，通过采用高纯原料减少杂质元素摄入，控制惰性气体的通入减少合金氧化和氮化，将AlV55合金的成品率提高到70％以上。本发明通过严格控制惰性气体的通入时间和通入流量，在不影响产品质量的前提下显著降低了惰性气体的使用成本，由此降低了AlV55合金的生产成本。此外，本发明的方法具有工艺简单、设备要求低等优点，可以以高成品率制备钒含量控制在59％～59.5％的AlV55合金，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1示出了根据本发明的提高AlV55合金成品率的方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

本发明提供了一种提高AlV55合金成品率的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤1：将五氧化二钒(V₂O₅)和铝粒(Al)原料按照一定配比混合均匀；

步骤2：将混合好的物料倒入到反应器中，引燃镁带触发反应，进行铝热还原冶炼；

步骤3：反应完毕后，立即向反应器内通入惰性气体进行吹扫；

步骤4：冷却后，经喷砂破碎处理得到AlV55合金成品。

其中，在步骤1中，采用纯度不小于99％、Si≤0.15％、Fe≤0.07％的五氧化二钒和纯度不小于99％的铝粒，采用高纯原料有利于控制合金的杂质元素摄入量，使AlV55合金质量满足标准要求。

其中，在步骤1中，五氧化二钒与铝粒的重量配比为1.12:1～1.9:1，采用过量的铝粒，可以在还原反应过程中，通过铝粒与金属钒的熔合形成钒铝合金。

其中，在步骤1中，优选地，五氧化二钒的粒度≤160目，金属Al粒度≤120目；更优选地，五氧化二钒的粒度≤120目，金属Al粒度≤80目，以确保原料混合均匀、各物料充分接触、反应进行充分。

其中，在步骤1中，可以配加一定量的冷却剂，降低铝热反应的单位炉料热量，以避免因反应过于剧烈而造成严重喷溅，这有助于提高安全性。优选地，冷却剂可以使用AlV55残次品，这样一方面有助于降低成本，另一方面避免引入杂质。然而，本发明并对此进行限制，也可以使用本领域中其他常规冷却剂，例如，石灰或者萤石等。

其中，在步骤1中，五氧化二钒与铝粒按照一定配比称量后装入料罐中混合均匀，这种方式混料过程中物料基本无损失，能够精确控制物料添加量，并且由于混料过程中物料间相互碰撞能够使物料混合更加均匀。

其中，在步骤2中，将混合好的物料倒入到反应器中，，引燃镁带触发反应后，混合物料在反应器中发生如下反应：3V₂O₅+10Al＝6V+5Al₂O₃。在一个具体实施例中，将混合好的物料倒入反应器中铺平之后，可以将镁带插入到物料，通过引燃镁带来触发反应。尽管在上述实施例中，采用引燃镁带的方式引发反应，但是本发明并对此进行限制，可以采用本领域常规的其他方式来引发反应，例如，采用钛丝电打火方式引起反应。

其中，在步骤3中，是否反应完毕根据有无喷溅来判断，铝热反应一般都很剧烈，有喷溅现象，反应时间通常就几分钟，现场通常根据不再发生喷溅来判断反应的结束时间。在反应完毕后，立即通过喷枪向反应器内熔池上方(即，液态合金上方)通入惰性气体，这有助于防止空气进入液态合金中引起合金氧化和氮化。通入的惰性气体可以是氩气、氦气、氖气等。反应过程中，由于反应产生的大量烟尘即可阻止空气进入液态合金，所以反应过程中无需通入惰性气体，但是一旦反应结束，由于烟尘不再大量产生，空气就有可能接近液态合金造成其污染，所以反应完毕后要立即通入惰性气体。喷枪出气口可以设置在距离熔体液面5～10cm处，以便于对熔体进行有效地吹扫。另外，为了进一步提高吹扫的效果，可以进行旋转吹扫。

其中，在步骤3中，惰性气体通入时间为5～8h，以确保合金不被空气污染造成氧化和氮化。反应完毕后，产生的液体合金随即开始缓慢冷却，当冷却5～8h之后，处于外侧的合金已经基本凝固，此时基本不会再有氧化和氮化风险，即可停止通入惰性气体，以减少成本，同时避免浪费。如果冷却时间不足，过早地停止通入惰性气体，则合金被氧化和氮化风险较大。

其中，在步骤3中，惰性气体流量保持为1～5m³/h，以确保合金不被空气污染造成氧化和氮化。通入的惰性气体流量存在最佳范围，不宜过小或过大，过小则起不到防止合金氧化和氮化的作用，过大则造成不必要的浪费和成本的增加。

其中，在步骤4中，反应完毕后，冷却24h，从反应器中取出合金饼，去掉合金饼上的刚玉渣，如果合金饼上还有些许粘渣，可以再放到喷砂机中将其全部喷掉，以将合金本身的损失降到最低。喷砂可以采用铁砂和/或铝砂。喷砂后的合金饼然后进行破碎处理，以得到AlV55合金包装成品。AlV55合金中钒含量控制在59％～59.5％，此时合金结晶的物相更多的是固溶体结构，脆性相相对较少，合金破碎时能够产生较少的细粉。

此处需要说明的是，本发明中的术语“合金成品率”的定义为：合金成品率＝包装成品重量/合金饼重量×100％。

以下给出本发明的具体实施例。

实施例1

称取高纯V₂O₅(粒度：120目～160目)150kg、高纯金属Al(粒度：80目～120目)132.3kg装入料罐中混合均匀后倒入反应器，引燃镁带触发反应，在反应完毕后通入氩气进行保护，气体流量为5m³/h，通入时间5h，24h后打开反应器，喷砂处理后得到V含量为59.2％，成品率为70.1％的AlV55合金。

实施例2

称取高纯V₂O₅(粒度：≤120目)100kg、高纯金属Al(粒度：80目～120目)87.7kg装入料罐中混合均匀后倒入反应器，引燃镁带触发反应，在反应完毕后通入氩气进行保护，气体流量为3m³/h，通入时间7h，24h后打开反应器，喷砂处理后得到V含量为59.2％，成品率为70.3％的AlV55合金。

实施例3

称取高纯V₂O₅(粒度：120目～160目)200kg、高纯金属Al(粒度：≤80目)176kg装入料罐中混合均匀后倒入反应器，引燃镁带触发反应，在反应完毕后通入氩气进行保护，气体流量为1m³/h，通入时间8h，24h后打开反应器，喷砂处理后得到V含量为59.4％，成品率为70.8％的AlV55合金。

实施例4

称取高纯V₂O₅(粒度：≤120目)100kg、高纯金属Al(粒度：≤80目)89.3kg装入料罐中混合均匀后倒入反应器，引燃镁带触发反应，在反应完毕后通入氩气进行保护，气体流量为3m³/h，通入时间8h，24h后打开反应器，喷砂处理后得到V含量为59.5％，成品率为70.9％的AlV55合金。

实施例5

称取高纯V₂O₅(粒度：≤120目)100kg、高纯金属Al(粒度：≤80目)52.6kg装入料罐中混合均匀后倒入反应器，引燃镁带触发反应，在反应完毕后通入氩气进行保护，气体流量为3m³/h，通入时间8h，24h后打开反应器，喷砂处理后得到V含量为59.3％，成品率为70.8％的AlV55合金。

通过以上实施例可知，采用本发明的方法制备AlV55合金，V含量可控制在59％～59.5％，AlV55合金成品率可提高到70％以上。

以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。