宇航级钒铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于冶金领域，具体涉及一种宇航级钒铝合金及其制备方法。本发明专利技术所要解决的技术问题是提供一种宇航级钒铝合金的制备方法，包括以下步骤：AlV85与金属铝在真空条件下熔融冶炼制备得到AlV65；其中，AlV85与金属铝重量比为2.41～4.67︰1；控制真空度为5～9Pa；控制熔融开始到合金出炉的时间为40～45min；控制合金出炉时的过热度为41～50℃。该方法操作简单，所得钒铝合金能够满足宇航级钒铝合金的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金领域，具体涉及一种宇航级钒铝合金及其制备方法。
技术介绍
合金的真空精炼是在低于或远低于常压下脱除粗金属中杂质的火法精炼方法。这种方法在一定条件下还可综合回收粗金属中的有价元素。真空精炼除能防止金属与空气中氧、氮反应和避免气体杂质的污染外，更重要的是对许多精炼过程(特别是脱气过程)还能创造有利于金属和杂质分离的热力学和动力学条件。钒铝合金是一种用于钛合金的基础原料，当前是继钒在钢中应用之后的第二大应用领域。Ti-6Al-4V和Ti-8Al-1Mo-1V，这两种钛合金总共占钛合金市场的50％，主要用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳。钛合金生产所用的钒是以钒铝合金形式加入。日本、美国、英国等国家还在进一步加大含钒钛合金在民用工业中的应用研究。目前，钒铝合金生产工艺中一般以五氧化二钒为原料，采用铝热法生产钒铝合金。由于五氧化二钒与金属铝反应放出大量的热量，热量大幅过剩、使反应呈现爆炸性，在绝热的情况下足以使体系的温度升高到3000℃以上。因此，炉料中通常要配入一定量的惰性物质(俗称消热剂)来控制反应速度和反应产物的温升。由于消热剂总是含有一定量的Fe、Si、P和重金属元素，因此生产出的钒铝合金中杂质含量较高。中国专利CN200910117560.4中公开了一种钒铝合金材料的制备方法，该法按质量百分比计，称取粉末状的Al20％～33.1％，V2O550％～66.9％，在球磨机中混合8～16小时后，置于铜模具中用压力机在60～80MPa的压力下压实，将装有压好的反应物料的模具放于铝热反应容器中，物料上放置引燃剂，用惰性气体吹出残余的空气，在2～7MPa氩气保护下，加热到300℃左右进行反应，获得钒铝合金，其中，按照质量百分数，V为75％～95％，Al为5.0％～25.0％，S含量约0.15％，Fe含量约0.50％。显然在上述工艺中，所获得的产品中Fe和S等杂质含量较高，这是由于在球磨机中混合8～16小时会引进一些杂质。另外，由于铝热反应在密闭的压力容器中进行，因此极大限制了钒铝合金的产量，此外，由于要求设备的耐压性能强，因此会提高制造成本。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种宇航级钒铝合金及其制备方法。该方法包括以下步骤：AlV85与金属铝在真空条件下熔融冶炼制备得到AlV65；其中，AlV85与金属铝重量比为2.41～4.67︰1；控制真空度为5～9Pa；控制熔融开始到合金出炉的时间为40～45min；控制合金出炉时的过热度为41～50℃。优选的，上述方法中，所述铝的纯度≥99.85％。优选的，上述方法中，所述AlV85的粒度为0.25～6.3mm。优选的，上述方法中，所述真空条件采用真空感应炉。本专利技术还提供了由上述方法制备得到的宇航级钒铝合金。本专利技术方法合理地优化了原料配比、真空度、熔融时间、过热度等，它们相互配合，从而使本专利技术方法既能够调节钒和铝的比例又能够进一步去除合金中的杂质，从而制备得到的钒铝合金杂质含量低、纯度更高，能够满足宇航级钒铝合金的要求。本专利技术钒铝合金中典型化学成分为：V为60～70wt％，Al为30～40wt％，Fe≤0.3wt％，Si≤0.35wt％，N≤0.04wt％，H≤0.01wt％，O≤0.10wt％，B≤0.003wt％，C≤0.10wt％，S≤0.02wt％，P≤0.03wt％，Mo≤0.15wt％，Cr≤0.10wt％，Cu≤0.05wt％，W≤0.015wt％，Mn≤0.05wt％，Mg≤0.25wt％，Ni≤0.05wt％，Pb≤0.10wt％，能够满足宇航级钒铝合金的化学成分要求。具体实施方式一种制备宇航级钒铝合金的方法，以初级AlV85、铝粒为原料，采用一次辅料的方式，在真空感应炉内冶炼得到杂质含量符合宇航级要求的AlV65；其中，AlV85与金属铝重量比为2.41～4.67︰1；控制真空度为5～9Pa；控制熔融开始到合金出炉的时间为40～45min；控制合金出炉时的过热度为41～50℃。为了使最终产品成分含量满足宇航级钒铝合金的要求。本专利技术方法将AlV85与金属铝重量比控制为2.41～4.67︰1。经专利技术人发现，当过热度小于41℃时，合金中杂质不容易上浮，造成杂质超标，同时浇铸时不容易成型；当过热度大于50℃时，又会造成合金中铝挥发严重，不容易控制合金成分。所以，本专利技术方法控制合金出炉时的过热度为41～50℃。为了能够使AlV85和Al更好地融合合金化，且合金中气体和固体杂质能够去除的比较全面且经济。本专利技术方法控制熔融开始到合金出炉的时间为40～45min。经专利技术人发现，冶炼时真空度低了合金中气体不会去除从而达到标准要求；真空度过高会造成合金液在炉内过于翻腾，造成合金收率降低，同时浪费成本。所以，本专利技术方法控制真空度为5～9Pa。优选的，所述铝粒的纯度≥99.85％。优选的，所述AlV85粒度为0.25～6.3mm。本专利技术还提供了由上述方法制备得到的钒铝合金。本专利技术的原料AlV85为现有产品，能够在市场上购买得到。AlV85需满足有色金属行业标准要求YS/T579—2006，见下表1。表1YS/T579—2006化学成分标准/％注：化学成分有特殊要求时，由供需双方协商确定。下列实施例冶炼设备采用的是50kg(钢重)真空感应炉，型号为ZG-0.05型，购自锦州变压器电炉厂。实施例1取100kgAlV85，41.49kg铝粒为原料，AlV85与铝粒的重量比为2.41︰1，在真空感应炉内进行冶炼反应，合金产品出炉时过热度为41℃，熔融冶炼时间40min，真空度控制在5Pa，反应完成后，静置30min，得到141.03kgAlV65产品，其中V为60wt％、Al为39wt％，Fe为0.1wt％，Si为0.19wt％，N为0.04wt％，H为0.01wt％，O为0.10wt％，B为0.003wt％，C为0.10wt％，S为0.02wt％，P为0.03wt％，Mo为0.05wt％，Cr为0.10wt％，Cu为0.05wt％，W为0.015wt％，Mn为0.05wt％，Mg为0.05wt％，Ni为0.05wt％，Pb为0.04wt％。实施例2取100kgAlV85，33.3kg铝粒为原料，AlV85与铝粒的重量比为3︰1，在真空感应炉内进行冶炼反应，合金产品出炉时过热度为45℃，熔融冶炼时间43min，真空度控制在7Pa，反应完成后，静置30min，得到133.02kg钒铝合金产品，其中含V为63.76wt％、Al为...

【技术保护点】
宇航级钒铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：AlV85与金属铝在真空条件下熔融冶炼制备得到AlV65；其中，AlV85与金属铝重量比为2.41～4.67︰1；控制真空度为5～9Pa；控制熔融开始到合金出炉的时间为40～45min；控制合金出炉时的过热度为41～50℃。

【技术特征摘要】
1.宇航级钒铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：AlV85与金属铝在真空条
件下熔融冶炼制备得到AlV65；其中，AlV85与金属铝重量比为2.41～4.67︰1；控制真空度
为5～9Pa；控制熔融开始到合金出炉的时间为40～45min；控制合金出炉时的过热度为41～
50℃。
2.根据权利要求1所述的宇航级钒铝合金的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海军，孙朝晖，邓孝伯，尹丹凤，王永钢，杜光超，周芳，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51