本發明屬于冶金領域，具體涉及一種釩鋁合金的制備方法。
背景技術：
釩鋁合金是一種用于鈦合金的基礎原料，當前是繼釩在鋼中應用之后的第二大應用領域。ti-6al-4v(含4％v)和ti-8al-1mo-1v，這兩種鈦合金總共占鈦合金市場的50％，主要用于生產噴氣發動機、高速飛行器骨架和火箭發動機機殼。鈦合金生產所用的釩是以釩鋁合金形式加入。日本、美國、英國等國家還在進一步加大含釩鈦合金在民用工業中的應用研究等。
國際上生產釩鋁合金的企業主要有德國電冶金公司、美國雷丁(reading)合金公司、美國戰略礦物公司子公司-美國釩公司、俄羅斯上薩爾達冶金生產聯合公司。國內生產釩鋁合金的企業有寶雞有色金屬加工廠、錦州鐵合金廠等幾家。這些企業均以五氧化二釩為原料、采用鋁熱法生產釩鋁合金。由于五氧化二釩與金屬鋁反應放出大量的熱量，熱量大幅過剩、使反應呈現爆炸性，在絕熱的情況下足以使體系的溫度升高到3000℃以上。因此，爐料中通常要配入一定量的惰性物資(俗稱消熱劑)來控制反應速度和反應產物的溫升。由于消熱劑總是含有一定量的fe、si、p和重金屬元素，這樣就給產品的雜質控制帶來更多的麻煩。
cn200910117560.4公開了“一種釩鋁合金材料的制備方法”，該方法按質量百分比計，稱取粉末狀的al20％～33.1％，v2o550％～66.9％，在球磨機中混合8～16小時后，置于銅模具中用壓力機在60～80mpa的壓力下壓實，將裝有壓好的反應物料的模具放于鋁熱反應容器中，物料上放置引燃劑，用惰性氣體吹出殘余的空氣，在2～7mpa氬氣保護下，加熱到300℃左右進行反應，獲得釩的質量百分數為75％～95％，al為5.0％～25.0％的釩鋁合金，si含量約0.15％，fe含量約0.50％。顯然通過該方法所獲得的產品fe雜質偏高，因為在球磨機中混合8～16小時本身就會增加fe污染的機會；在密閉的壓力容器中進行鋁熱反應導致產量低，同時要求設備的耐壓強；該方法操作復雜，成本高。
目前，中國空軍已開始從單純防空型向攻防兼備的“大空軍”模式轉變，未來將大量生產新型換代戰機列裝部隊。這些項目的啟動和民用工業中鈦鋁合金市場的增加將給釩鋁合金帶來井噴式的發展和巨大的市場需求，因此急需一種成本低廉、工藝簡單、可操作性強，原料來源廣泛，能夠適合大規模生產的釩鋁合金的制備方法。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種工藝簡單、成本低廉、雜質易于控制、適用于大規模生產的釩鋁合金的制備方法。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是提供了一種釩鋁合金的制備方法。該方法包括以下步驟：
取含釩氧化物和鋁粉，置于反應爐內，點火劑點火，經鋁熱還原反應，得到釩鋁合金；所述的含釩氧化物的氧釩摩爾比為：1.65～2.35。
進一步的，上述方法中所述的含釩氧化物為v2o3、v3o5、v4o7，v2o4或v2o5中的至少一種。
進一步的，上述方法中所述的含釩氧化物的氧釩摩爾比為1.70～2.30。
進一步的，上述方法中所述的含釩氧化物的純度要求均不低于99.50％。
進一步的，上述方法中所述的鋁粉的純度要求不低于99.70％。
進一步的，上述方法中所述的鋁粉的加入量為理論反應用量的1.20～1.50倍。
進一步的，上述方法中所述的反應爐為以反應自產爐渣為爐襯的反應爐。
進一步的，上述方法中所述的點火劑為鎂和過氧化鋇。
進一步的，上述方法中所述的釩鋁合金的v含量為75wt％～85wt％，al含量為15wt％～25wt％，fe含量為0.05wt％～0.30wt％，si含量為0.05wt％～0.30wt％,其余為不可避免的雜質。
本發明的有益效果是：
本發明創造性的提出了一種新的釩鋁合金的制備方法，使用適當氧釩摩爾比的含釩氧化物，無需額外加入消熱劑或助熱劑，以系統內自產爐渣為爐襯，無需額外加入爐襯材料，易于控制雜質含量，所得釩鋁合金fe、si雜質含量均可輕松控制在釩鋁合金行業標準中要求的0.30％以下，v含量為75wt％～85wt％，al含量為15wt％～25wt％，釩鋁合金符合下游工序繼續加工的質量要求；本發明方法工藝簡單，反應平穩易控，生產時間短，原料來源廣泛，成本低廉，釩鋁合金生產效率高，可操作性強，適合釩鋁合金大規模生產，具有推廣價值，前景良好。
具體實施方式
現有技術一般采用三氧化二釩或五氧化二釩為原料，然而由于三氧化二釩與金屬鋁反應放出的熱量不足維持反應自發進行，需另外加助熱劑以提供熱量促使反應的進行；以五氧化二釩為原料放出的熱量太大造成大量物料噴濺收率降低，需加入消熱劑緩解反應的進行；這樣兩種情況都容易造成污染反應物，影響合金的純度，難以滿足釩鋁合金的發展和需求。
本發明為提高釩鋁合金的純度和收率，避免加入助熱劑或消熱劑等引入雜質，將反應熱量控制到了一個足以維持反應自發進行、熱量又不大量過剩的平衡點。然而，不同價態的不同含釩氧化物單獨反應的熱量、速率及反應現象相差較大，配比方式也多種多樣，因此需要綜合考慮配比找到平衡點。
本發明經過對不同含釩氧化物的多種配比方式的大量嘗試，通過對多種含釩氧化物配比熱量的計算控制整個熱量釋放的速率，尋找到了一個足以維持反應自發進行、熱量又不大量過剩的平衡點，即使用本發明的氧釩摩爾比的含釩氧化物為原料，使反應放出的熱量介于三氧化二釩和五氧化二釩單獨與鋁反應的熱量之間，同時爐襯又采用自身反應的高al2o3含量的爐渣，避免了加入消熱劑、助熱劑或額外爐襯材料引入雜質，創造性的提出了一種新的釩鋁合金的制備方法，同時提高了釩鋁合金的質量。
具體的，本發明方法可以按照以下方式實施：
一種釩鋁合金的制備方法，包括以下步驟：
取含釩氧化物和鋁粉，置于反應爐內，點火劑點火，經鋁熱還原反應，得到釩鋁合金；所述的含釩氧化物的氧釩摩爾比為：1.65～2.35。
本領域常用的含釩氧化物，如v2o3、v3o5、v4o7、v2o4、v2o5等，均適用于本發明方法。
為使鋁熱還原反應放出的熱量足以維持反應自發進行、又不大量過剩，優化的，含釩氧化物的氧釩摩爾比為：1.70～2.30。
為了提高釩鋁合金的質量，降低釩鋁合金中fe、si等雜質含量，含釩氧化物的純度要求均不低于99.50％，鋁粉的純度要求不低于99.70％。
為使鋁熱還原反應充分進行，控制釩鋁合金中鋁含量，鋁粉加入量為理論反應用量的1.20～1.50倍。
為了提高釩鋁合金的質量，降低釩鋁合金中fe、si等雜質含量，反應爐為以反應自產爐渣為爐襯的反應爐。
點火劑可選用本領域的常規點火劑；實際操作中，可選用以鎂和過氧化鋇為點火劑，使用時點燃鎂引發鋁熱還原反應進行。
由于本發明方法不需要加入消熱劑、助熱劑或額外爐襯材料，降低了引入雜質的幾率，上述方法所得釩鋁合金的v含量為75wt％～85wt％，al含量為15wt％～25wt％、fe含量為0.05wt％～0.30wt％，si含量為0.05wt％～0.30wt％，其余為不可避免的雜質。
優化的，本發明方法可以按照以下方式實施：
取含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為1.70～2.30，理論反應用量1.20～1.50倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應自產爐渣為爐襯的反應爐內，以鎂和過氧化鋇為點火劑，點火進行鋁熱還原反應，鋁熱反應完成后，得到釩鋁合金產品。
下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明，但并不因此將本發明保護范圍限制在所述的實施例范圍之中。
實施例1
取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為2.0，理論反應用量1.30倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應自產爐渣為爐襯的反應爐內，以鎂和過氧化鋇為點火劑，點火進行鋁熱還原反應，反應平穩易控，出現白色火焰，有少量合金液滴噴濺，102秒鐘反應結束。鋁熱反應完成后，渣金分離明顯，合金表面平整，得到74kg釩鋁合金產品，其中含v80.1wt％、al19.5wt％、fe0.05wt％、si0.20wt％。
實施例2
取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為2.3，理論反應用量1.43倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應自產爐渣為爐襯的反應爐內，以過鎂和氧化鋇為點火劑，點火進行鋁熱還原反應，反應較平穩易控，反應較劇烈，出現蒼白色火焰，有少量合金液滴噴濺，90秒鐘反應結束。鋁熱反應完成后，渣金分離明顯，合金表面平整，得到71kg釩鋁合金產品，其中含v75.6wt％、al24.1wt％、fe0.23wt％、si0.05wt％。
實施例3
取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為1.7，理論反應用量1.26倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應自產爐渣為爐襯的反應爐內，以鎂和過氧化鋇為點火劑，點火進行鋁熱還原反應，反應平穩易控，出現黃白色火焰，無合金液滴噴濺，98秒鐘反應結束。鋁熱反應完成后，渣金分離明顯，合金表面平整，得到76kg釩鋁合金產品，其中含v83.9wt％、al15.3wt％、fe0.26wt％、si0.23wt％。
通過以上實施例1～3可知，本發明所獲得釩鋁合金產品v含量為75wt％～85wt％，al含量為15wt％～25wt％，fe≤0.3％、si≤0.3％，均符合下游工序繼續加工的質量要求。該方法具有工藝簡單、生產時間短、原料來源廣泛、生產成本低、雜質含量低等優點，適合批量大規模生產，具有推廣前景。
對比例1
取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為1.55，理論反應用量1.26倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應自產爐渣為爐襯的反應爐內，以鎂和過氧化鋇為點火劑，以kclo3為助熱劑，點火進行鋁熱還原反應，135秒鐘反應結束。鋁熱反應完成后，渣金分離不清晰，得到75kg釩鋁合金產品，其中含v84.16wt％、al15.3wt％、fe0.32wt％、si0.31wt％。
通過對比例1可知，當含釩氧化物的氧釩摩爾比為1.55時，由于需要加入助熱劑，反應過程不穩定，渣金分離不清晰，且反應熱量難以適量控制，易造成合金成分偏析，fe、si含量超標，產品質量不合格。
對比例2
取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為2.45，理論反應用量1.44倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應自產爐渣為爐襯的反應爐內，以鎂和過氧化鋇為點火劑，點火進行鋁熱還原反應，反應劇烈、噴濺嚴重，95秒鐘反應結束。鋁熱反應完成后，合金表面不平整，得到68kg釩鋁合金產品，其中含v82.4wt％、al16.7wt％、fe0.41wt％、si0.42wt％。
通過對比例2可知，當含釩氧化物的氧釩摩爾比為2.45，不加入消熱劑釋放熱量緩解反應，會導致反應劇烈、噴濺嚴重，容易造成安全生產事故，且合金釩收率會降低，所得合金表面不平整，fe、si雜質成分含量超標，產品質量不合格，同時會嚴重影響釩鋁合金的產量。