釩鉻合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于冶金領域，特別涉及一種釩鉻合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]V-4Cr-4Ti合金因其擁有最好的綜合性能，如長期穩定的低放射性、低的衰變熱，并可回收利用；抗輻照腫脹、溫度可達到850°C的耐熱性、高熱導、低熱膨脹，低熱應力；與液體Li的良好相容性；以及良好的可加工性能，可以軋成薄片、擠成管狀、焊接等，是最具應用前景的聚變核反應堆第一壁結構材料。
[0003]目前，國內外熔煉制備V-4Cr_4Ti合金的方法主要有真空自耗電極電弧熔煉(VAR)，電子束熔煉(EBM)和磁懸浮熔煉(LM)三種，因都需要使用高純金屬為原料，以金屬釩為例，市場價格約300萬元/噸，成本高昂。
[0004]除了上述方法，采用金屬熱還原法制備V-Cr-Ti合金的主要有印度巴巴原子研宄中心和韓國材料科學院。印度巴巴原子研宄中心采用Al作還原劑制得了 V-T1-Cr-Al-O合金粗品，再通過電子束精煉去除多余的Al和O，所得合金均勻性好，但存在殘余Al、試驗室試驗規模小等問題。韓國材料科學院采用C作還原劑利用Ti02、V2O5, Cr2O3得到了 Ti，Cr，V1.93Cr0.0703和VC相，而利用C和TiH2, Cr和V則得到了 T1-Cr-V合金，也是實驗室規模的研宄。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種釩鉻合金。該釩鉻合金按重量百分比計，包括93.5?95.5% V，2.5?4.5% Cr，余量為不可避免的雜質。
[0006]本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種上述釩鉻合金的制備方法。該方法包括以下步驟:按照重量比V2O5: Cr2O3:金屬Ca:金屬Mg: CaF2= I: 0.0426?0.0534: 0.609?0.732: 0.246?0.319: 0.343?0.408將上述五種原料混勻后點火，充分反應后，得到釩鉻合金和反應殘渣，分離釩鉻合金和反應殘渣后，得到釩鉻合金。
[0007]優選的，上述釩鉻合金的制備方法中，所述V2O5的純度多99.7%。
[0008]優選的，上述I凡絡合金的制備方法中，所述Cr2O3的純度^ 99.5%。
[0009]優選的，上述釩鉻合金的制備方法中，所述金屬Ca的純度多99.7%。
[0010]優選的，上述I凡絡合金的制備方法中，所述金屬Mg的純度多99.7%。
[0011]優選的，上述釩鉻合金的制備方法中，所述CaFJ^純度多96.0%。
[0012]優選的，上述釩鉻合金的制備方法中，所述V2O5的粒度為80?200目。
[0013]優選的，上述釩鉻合金的制備方法中，所述Cr2O3的粒度為80?160目。
[0014]優選的，上述I凡絡合金的制備方法中，所述金屬Ca的粒度為3?5mm。
[0015]優選的，上述I凡絡合金的制備方法中，所述金屬Mg的粒度為3?5mm。
[0016]優選的，上述釩鉻合金的制備方法中，所述CaFj^粒度為40?200目。
[0017]優選的，上述釩鉻合金的制備方法中，制備過程中所用的爐子采用電熔鎂砂和電熔鎂火泥的混合物作為爐襯的打結材料，按重量百分比計，電熔鎂砂40?60%、電熔鎂火泥40?60%。
[0018]具體的，上述釩鉻合金的制備方法中，電熔鎂砂的純度多98.5% ;電熔鎂火泥的純度彡98.
[0019]具體的，上述釩鉻合金的制備方法中，點火所采用的點火劑為重量比為7: I的過氧化鋇與鎂粉的混合物。
[0020]本發明方法制備得到的釩鉻合金的Ca、Mg雜質含量〈1.0wt %，其它雜質含量〈1.0wt%，產品具有良好的性能；同時，本發明方法不需要純鉻和純釩為原料，成本低，同時也滿足產業化生產需要，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1MgO-CaO 相圖
[0022]圖2Mg0_CaF2相圖
[0023]圖32200 °C 時的 CaO-MgO-CaFjg 圖
【具體實施方式】
[0024]一種釩鉻合金，按重量百分比計，包括93.5?95.5% V，2.5?4.5% Cr，余量為不可避免的雜質。
[0025]上述釩鉻合金的制備方法，包括以下步驟:按照重量比V2O5: Cr 203:金屬Ca:金屬 Mg: CaF2= I: 0.0426 ?0.0534: 0.609 ?0.732: 0.246 ?0.319: 0.343 ?0.408將上述五種原料混勻后點火，充分反應后，得到釩鉻合金和反應殘渣，分離釩鉻合金和反應殘渣后，得到釩鉻合金。
[0026]進一步的，為了使制備的釩鉻合金雜質元素含量滿足制備V-4Cr_4Ti要求，所述V2O5的純度多99.7% ;所述Cr 203的純度多99.5% ;所述金屬Ca的純度多99.7% ;所述金屬Mg的純度彡99.7% ;所述CaF^純度彡96.0%。
[0027]進一步的，如果原料粒度過大，則會影響金屬熱還原反應速度，增加反應時間，還可能使反應不充分，降低反應的動力學條件；如果原料粒度過小，則混料、冶煉過程中易造成粉末飛揚。因此，優選V2O5的粒度為80?200目，Cr 203的粒度為80?160目，CaF 2的粒度為40?200目。
[0028]進一步的，如果還原劑粒度過大，則不僅在混料過程中容易造成偏析，也不利于反應過程中的傳質，降低反應的動力學條件；如果還原劑粒度過小，因金屬Mg和金屬Ca都屬于易燃金屬，則大大增加了混料的不安全性。因此，優選金屬Ca的粒度為3?5_，金屬Mg的粒度為3?5mm。
[0029]進一步的，為了避免爐襯中的雜質進入，并結合MgO-CaO-CaF2.系特點，應選擇電熔鎂砂和電熔鎂火泥的混合物作為爐襯的打結材料，按重量百分比計，電熔鎂砂40?60%、電熔鎂火泥40?60%，兩者純度均應多98.5%。
[0030]本領域的技術人員公知，由于V-4Cr_4Ti合金其特殊應用場合忌諱有鋁的存在，傳統鋁熱還原法所制備得到的合金不可避免會有還原劑的殘留，并且金屬鋁的高沸點決定了其除了電子束精煉外很難將其含量降低到0.01%以下，所以鋁熱法并不適合用來制備釩絡合金。
[0031]然而，金屬鎂沸點低，在精煉過程中可以大部分去除，并且對合金的輻射不會造成影響，鎂的殘留也對合金沒有影響，故預想采用金屬鎂作為還原劑。但是，本發明的發明人經過大量實驗發現，采用金屬鎂為還原劑，則渣系為氧化鎂，其熔點高達2852°C，又必