一種鈮鋁合金的制備方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鈮鋁合金的制備，尤其涉及一種快速工業化制備鈮鋁合金的方法和系 統，屬于有色合金領域。
【背景技術】
[0002] 鈮鋁合金作為制備高鈮鈦鋁合金的添加劑，具有高熔點、低密度等特點，能夠有效 地降低在制備高鈮鈦鋁過程中合金的偏析，被廣泛應用于航空航天工業領域。
[0003] 目前，我國高鈮鈦鋁的制備技術已經達到國際領先水平。陳國良等對Ti-Al-Nb系 進行了大量研究之后發現，通過加入高含量難熔金屬鈮元素可以使合金的熔點較普通鈦鋁 合金提高約60-100°C，鈮元素的固溶強化，使其900°C的屈服強度較普通鈦鋁合金提高了 150-200MPa。高鈮的加入在帶來優越的高溫性能的同時，也增加了高鈮鈦鋁合金的制備難 度。高鈮鈦鋁合金熔點、高溫強度的大幅提高必然要提高合金的熔煉溫度和熱加工溫度，加 大其制備成本和鈮的偏析。因此，通過制備出一種低共熔點的鈮鋁合金，并有效地加入至鈦 鋁合金中，可制備出性能優良、成分穩定均勻的高鈮鈦鋁合金。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種制備鈮鋁合金的方法，該方法流程簡單、生產成本低 廉，所生產的鈮鋁合金成分均勻穩定，可以被廣泛應用于鈮鋁合金的工業化生產。
[0005] 本發明的另一個目的是提供一種制備鈮鋁合金的系統，實現制備流程簡化，降低 生產成本，可應用于鈮鋁合金的工業化生產，生產出成分均勻穩定的鈮鋁合金。
[0006] 為此，根據本發明的一個方面，提供了一種鈮鋁合金的制備方法，其特征在于，包 括以下步驟：將五氧化二鈮、鋁及少量助熔劑和除渣劑混合，形成混合物料；將剩余鋁進行 熔煉，形成鋁液；再將所述混合物料加入到鋁液中，使其能夠通過鋁熱還原反應生成鈮，并 且所生成的鈮均勻分布在鋁液中，并與多余的鋁反應生成成分均勻的鈮鋁合金。
[0007] 其鋁熱反應方程式如下：
[0009] 該標準反應自由能變化Λ G298= 0· 2855MJ，反應可以自動進行。
[0010] 優選地，所述制備方法還包括鋁熱還原反應后控制熔液溫度，采用具有由三氧化 二鋁制成攪拌棒的攪拌裝置進行勻速緩慢攪拌，使反應生成的三氧化二鋁及其它雜質能夠 有效地成渣，降低鈮鋁中間合金雜質含量，同時加速Nb的擴散，防止其偏析。
[0011] 優選地，將五氧化二鈮與鋁及少量的助熔劑和除渣劑進行球磨混合并壓制造粒， 形成混合物料粒子。
[0012] 優選地，所述熔煉過程在熔煉裝置（如中頻感應爐）中進行。
[0013] 優選地，所述鋁的熔煉和鈮鋁合金的制備和/或混料過程在真空或高純惰性氣體 的保護下進行，有效防止制備過程中鋁的氧化，降低鋁的損耗。
[0014] 優選地，所述的鈮鋁合金制備中各組分重量配比如下：
[0015] 五氧化二鈮：1份
[0016] 鋁：0.44-0. 95 份（優選0.5份）
[0017] 助熔劑和除渣劑：少量
[0018] 根據本發明的另一個方面，提供了一種鈮鋁合金的制備系統，其包括：混料裝置， 五氧化二鈮、鋁及少量的除渣劑在所述混料裝置中混合，形成混合物料；以及熔煉裝置，鋁 加入所述熔煉裝置中，熔煉成鋁液，再加入所述混合物料制備鈮鋁合金。
[0019] 優選地，還包括抽真空裝置和/或惰性氣體輸入裝置，其與所述熔煉裝置相連。
[0020] 優選地，所述混料裝置為球磨混合壓制造粒裝置。
[0021] 優選地，所述熔煉裝置設有溫度控制裝置和攪拌裝置。
[0022] 優選地，所述熔煉裝置為中頻感應爐。
[0023] 優選地，所述攪拌裝置的攪拌棒由三氧化二鋁制成。
[0024] 優選地，所述鈮鋁合金的制備系統還包括重量配比裝置，在鈮鋁合金制備中，各組 分重量配比為：五氧化二鈮1份，鋁0. 44-0. 95份（優選0. 5份），以及少量除渣劑。
[0025] 根據本發明，制備過程中鋁熱反應生成的三氧化二鋁及其它雜質能夠有效地成 渣，降低鈮鋁中間合金雜質含量，同時加速鈮的擴散，防止其偏析；有效防止制備過程中鋁 的氧化，降低鋁的損耗（損耗率低于5%);制備的鈮鋁合金中鈮的分布均勻、偏析程度小， 鋁燒蝕量小，且合金共熔點溫度低，成分穩定；制備方法簡單；生產成本低廉。
【附圖說明】
[0026] 圖1為根據本發明一個實施例的鈮鋁合金制備方法流程圖。
[0027] 圖2為根據本發明一個實施例的鈮鋁合金制備系統示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 如圖1所示，本發明的鈮鋁合金的制備方法至少包括以下步驟：將五氧化二鈮、 鋁及少量的除渣劑混合，形成混合物料；將剩余鋁進行熔煉形成鋁液；再將所述混合物料 加入到鋁液中，使其能夠通過鋁熱還原反應生成鈮，并均勻分布在鋁液中，并與多余的鋁反 應，生成成分均勻的鈮鋁合金。
[0029] 如圖2所示，根據本發明的一個實施例，鈮鋁合金制備系統包括球磨壓制造粒裝 置1、熔煉裝置2、抽真空和/或惰性氣體輸入裝置3、攪拌裝置4、溫度控制裝置5、以及重量 配比裝置6。
[0030] 在本發明的一個實施例中，鈮鋁合金包括重量配比如下的各組分：
[0031] 五氧化二鈮：1份
[0032] 鋁：0· 5 份
[0033] 助熔劑和除渣劑：少量
[0034] 其中，所述的鋁為普通鋁錠，純度大于99. 90%，所述的五氧化二鈮為普通氧化鈮， 純度為99. 90%。這樣能夠有效地節約成本，更加適用于工業化生產。所述鈮鋁合金采用熔 煉法制備而成，其中熔煉方法采用的是傳統的感應熔煉。通過先將部分鋁金屬在真空或惰 性氣氛保護狀態下熔煉成鋁液；加入剩余鋁粉和五氧化二鈮及助熔劑和除渣劑混合壓制而 成的粒子，通過鋁熱還原工藝自動還原制備；鋁熱還原反應過后，控制其熔煉溫度，進行攪 拌，使熔液中三氧化二鋁和雜質成渣，同時加速鈮的擴散。反應完成后，通過稱重發現，其鋁 的損耗率低于5% ;去皮除渣后，檢測其合金中主要相結構為Nb2Al和NbAl3。
[0035] 在一個實施例中，助熔劑可以是冰晶石加上氧化鈣，具體數值范圍為Al總量的 0. 2-0. 5% ;除渣劑為鋁無鈉打渣劑ZS-AZ6,具體數值范圍為Al總量的0. 2-0. 5%。
【主權項】
1. 一種鈮鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將五氧化二鈮、鋁及少量的 (優選A1總量的0. 2-0.5%)助熔劑（優選冰晶石加上氧化鈣）和除渣劑混合，形成混合 物料；將剩余鋁進行熔煉，形成鋁液；將所述混合物料加入到鋁液中，通過鋁熱還原反應生 成的鈮均勻分布在鋁液中，并與多余的鋁反應，生成成分均勻的鈮鋁合金。2. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，還包括鋁熱還原反應后控制熔液溫度， 采用具有三氧化二鋁攪拌棒的攪拌裝置進行勻速緩慢攪拌，使反應生成的三氧化二鋁及其 它雜質有效地成渣。3. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述鈮鋁合金的制備中，各組分重 量配比為：五氧化二鈮1份，鋁0. 44-0. 95份（優選0. 5份），以及少量（優選A1總量的 0· 2-0. 5% )助熔劑和除渣劑（優選鋁無鈉打渣劑ZS-AZ6)。4. 如權利要求1-3其中之一所述的制備方法，其特征在于，將五氧化二鈮、鋁及少量的 除渣劑進行球磨混合，并壓制造粒，形成混合物料粒子；所述熔煉過程在熔煉裝置（如中頻 感應爐）中進行；和/或，所述鋁的熔煉和鈮鋁合金的制備和/或混料過程，在真空或高純 惰性氣體的保護下進行。5. -種鈮鋁合金的制備系統，其特征在于，包括：混料裝置，五氧化二鈮、鋁及少量（優 選A1總量的0. 2-0. 5% )的除渣劑在所述混料裝置中混合，以形成混合物料；熔煉裝置，鋁 在所述熔煉裝置中熔煉成鋁液，再加入所述混合物料，以制備鈮鋁合金。6. 如權利要求5所述的制備系統，其特征在于，還包括抽真空裝置和/或高純惰性氣體 輸入裝置，其與所述熔煉裝置相連。7. 如權利要求5所述的制備系統，其特征在于，所述混料裝置為球磨混合壓制造粒裝 置；所述熔煉裝置設有溫度控制裝置和攪拌裝置；和/或，所述熔煉裝置為中頻感應爐。8. 如權利要求7所述的制備系統，其特征在于，所述攪拌裝置的攪拌棒由三氧化二鋁 制成。9. 如權利要求5-8其中之一所述的制備系統，其特征在于，所述鈮鋁合金的制備 系統還包括重量配比裝置，在鈮鋁合金制備中，各組分重量配比為：五氧化二鈮1份，鋁 0· 44-0. 95份（優選0· 5份），以及少量（優選A1總量的0· 2-0. 5% )助熔劑和除渣劑。10. -種高鈮鈦鋁合金，其特征在于，將由如權利要求1-4其中之一所述的制備方法制 備的鈮鋁合金加入鈦鋁合金中制備而成。
【專利摘要】一種鈮鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將五氧化二鈮與鋁及少量的助熔劑和除渣劑混合形成混合物料；將剩余鋁進行熔煉形成鋁液；將所述混合物料加入到鋁液中，通過鋁熱還原反應生成鈮均勻的分布在鋁液中，并與多余的鋁反應生成成分均勻的鈮鋁合金。本發明制備的鈮鋁合金中，鈮的分布均勻、偏析程度小，鋁燒蝕量小，且合金共熔點溫度低，成分穩定。
【IPC分類】C22C1/03, C22C21/00, C22C27/02, C22C1/02
【公開號】CN105385866
【申請號】CN201510937389
【發明人】歐陽希, 張金祥
【申請人】贛州有色冶金研究所
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年12月15日