高温特种材料母合金生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高温特种材料母合金生产工艺，包括如下步骤：第一步、氧化铝坩埚喷涂处理；第二步、原料预处理；第三步、将第二步称取、处理好的各金属原料，按照顺序先后放入第一步处理过的坩埚中，进行真空熔炼得到高温合金铸锭；第四步、将步骤三制备的高温合金铸锭去除氧化皮、冒口后；第五步、放入真空磁悬浮熔炼炉的铜坩埚中熔炼得到高温特种材料母合金。本发明专利技术通过在氧化铝坩埚内进行喷涂处理，形成一层六铝酸钙高熔点隔离层，能够显著提高坩埚的抗侵蚀性能，提高母合金熔炼过程的纯度，提高母合金的质量；整个生产工艺过程简单，设计合理且实现简便，易于操作控制，不污染合金熔体，不需要昂贵的设备，适宜于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
高温特种材料母合金生产工艺
本专利技术属于金属材料
，具体地，涉及一种高温特种材料母合金生产工艺。
技术介绍
母合金作为一种半成品，是金属工业中重要的原材料。将各元素按照一定工艺的熔化与重新组合，将不同的元素合金化与成分的调节并进行浇注和凝固从而达到所需要的合金性能的目的，这些性能包括耐高温性、抗拉伸性等等。母合金就是杂质元素与硅的合金，常用的母合金有硅磷和硅硼两种，杂质浓度是10的-2次方和10的-3次方。采用母合金作为掺杂剂能使掺杂量容易控制、更准确，并且母合金掺杂的目的是用来改变硅熔体中施主杂质(如磷)或受主杂质(如硼)的杂质浓度，使其生长出的单晶电阻率达到规定的要求。实际进行母合金生产时，需将硅料与杂质原料装入石英坩埚后，再经预热、熔化(也称熔料)、结晶、退火、冷却等步骤，既可以采用普通的真空熔炼炉进行加工，也可以采用多晶硅铸锭炉进行加工。在现代社会，母合金被广泛使用，是船舶、舰艇的柴油发动机涡轮增压热端部件中不可替代的关键材料。但是对现有母合金要求越来越高，要求纯净度高，对固体、气体等杂志要求更低，尤其氢的高低在材料使用中，对疲劳产生的裂纹起着决定的作用。从而并不能去充分满足船舶、舰艇的柴油发动机涡轮增压对耐高温、抗拉伸、持久等性能越来越大的需求，效果不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高温特种材料母合金生产工艺，通过在氧化铝坩埚内进行喷涂处理，形成一层六铝酸钙高熔点隔离层，能够显著提高坩埚的抗侵蚀性能，提高母合金熔炼过程的纯度，提高母合金的质量；整个生产工艺过程简单，设计合理且实现简便，易于操作控制，不污染合金熔体，不需要昂贵的设备，适宜于工业化生产，按照本专利技术工艺制备的高温母合金具有表面光滑、纯度高的优点。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：高温特种材料母合金生产工艺，包括如下步骤：第一步、氧化铝坩埚喷涂处理：在氧化铝坩埚的内表面喷涂一层厚度为45-55μm的涂层；第二步、原料预处理：按照如下重量份：镍40-50份、铬10-20份、铁3-6份、铌铁15-18份、钼铁4-6份、钛1-2份称取金属原料，将各金属原材料先后在质量分数为6％的盐酸水溶液、质量分数为5％的NaOH水溶液中浸泡30-40min，去除表面氧化物，将浸泡处理后的金属原料捞出，放入无水乙醇中，常温超声10-20min，再分别将各金属原料置于电炉烘干机中进行烘烤，烘烤温度为400-420℃，烘烤时间为150-180min，去除金属原料的水分；第三步、将第二步称取、处理好的各金属原料，按照镍→铬→铌铁→钼→铁→钛的顺序先后放入第一步处理过的坩埚中，具体为，镍和铬放入坩埚的底部，铌铁放置于坩埚的底部和中部，钼和铁均放置于坩埚的中部和上部，钛放置于装入真空中频感应熔炼炉的小料斗内，进行真空熔炼得到高温合金铸锭；第四步、将步骤三制备的高温合金铸锭去除氧化皮、冒口后，得到高温合金精料；第五步、将步骤四制备的高温合金精料放入真空磁悬浮熔炼炉的铜坩埚中熔炼得到高温特种材料母合金。进一步地，第一步的具体过程为：1)涂层喷涂液配制：将一铝酸钙粉末与无水乙醇按照质量比1:6-8混合，放入球磨机中球磨25-30min，再继续超声分散20-30min，得到涂层喷涂液；2)坩埚清洗：将氧化铝坩埚放入丙酮中浸泡20-25min，取出，用无水乙醇冲洗2-3次，再置于80-90℃的烘箱中干燥3-4h；3)喷涂：将涂层喷涂液置于喷枪中，将涂层喷涂液均匀喷涂至氧化镁坩埚的内表面；4)干燥：将喷涂完成的氧化镁坩埚放入85℃真空干燥箱中烘150min，然后转移至115℃烘箱中烘22h，完成坩埚喷涂处理。进一步地，第三步中所述真空熔炼的具体步骤为：1)抽真空至5×10-1Pa-5×10-3Pa，进行熔炼，溶清末，原料温度达到1580℃，金属原料在真空中频感应熔炼炉内熔化得到钢水；2)继续精炼26-28min，精炼温度保持在1540-1560℃，精练结束后，关闭真空中频感应熔炼炉，将精炼后的钢水在真空中频感应熔炼炉内冷膜；3)冷膜温度降至1520℃时，缓慢将小料斗内的Ti加入坩埚内，对熔炼炉增加150KW功率后摇炉5-6次，进一步去除气体、排渣，直至合金液再次完全熔化后浇注到钢模中，得到高温合金铸锭。进一步地，第五步中所述熔炼步骤为：1)抽真空至5×10-3Pa，然后充入高纯氩气至0.01Pa，该步骤重复三次以清洗真空室；2)进行熔化，熔化温度为1350-1450℃，保温时间为10-20min；3)采用通水冷却的方式进行快速凝固。本专利技术的有益效果：本专利技术在合金熔炼前，对氧化镁坩埚进行了内部涂层处理，在其内表面喷涂一层厚度为45-55μm的涂层；坩埚内表面的CA涂层在高温环境下，涂层材料中的CA(一铝酸钙)转变成CA6(六铝酸钙)高熔点相，形成一层六铝酸钙(CA6)等高熔点隔离层，CA6是CaO-Al2O3体系中Al2O3含量最高的铝酸钙相，具有优良的高温性能，其熔点高于1875℃，对熔融金属和熔渣的润湿性也较低，能够显著提高坩埚的抗侵蚀性能；在合金熔炼过程中，CA6隔离层将熔融合金与氧化铝坩埚分隔，减少直接接触，由于CA6材料抗渣性能较好，CA6隔离层可以在一定程度上防护氧化铝陶瓷坩埚被快速侵蚀；同时，由于CA6相与Al2O3相的热膨胀系数差别很小，因此两种物相可以相对紧密的贴合，涂层较难产生裂纹而脱落；本专利技术真空磁悬浮熔炼时铜坩埚可以避免高温下坩埚材料对合金熔体的污染；磁悬浮产生的足够大的洛伦兹力可以促使非金属夹杂物上浮，从而有效去除非金属夹杂物；氧、氮含量低，从而减少合金液冷却、凝固过程中形成的氧化物、氮化物等非金属夹杂物的数量；本方法利用现有的成熟的熔炼设备，操作方便；本专利技术通过在氧化铝坩埚内进行喷涂处理，形成一层六铝酸钙高熔点隔离层，能够显著提高坩埚的抗侵蚀性能，提高母合金熔炼过程的纯度，提高母合金的质量；整个生产工艺过程简单，设计合理且实现简便，易于操作控制，不污染合金熔体，不需要昂贵的设备，适宜于工业化生产，按照本专利技术工艺制备的高温母合金具有表面光滑、纯度高的优点。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。高温特种材料母合金生产工艺，包括如下步骤：第一步、氧化铝坩埚喷涂处理：在氧化铝坩埚的内表面喷涂一层厚度为45-55μm的涂层；具体过程为：1)涂层喷涂液配制：将一铝酸钙粉末与无水乙醇按照质量比1:6-8混合，放入球磨机中球磨25-30min，再继续超声分散20-30min，得到涂层喷涂液；2)坩埚清洗：将氧化铝坩埚放入丙酮中浸泡20-25min，取出，用无水乙醇冲洗2-3次，再置于80-90℃的烘箱中干燥3-4h；3)喷涂：将涂层喷涂液置于喷枪中，将涂层喷涂液均匀喷涂至氧化镁坩埚的内表面；4)干燥：将喷涂完成的氧化镁坩埚放入85℃真空干燥箱中烘150min，然后转移至115℃烘箱中烘22h，完成坩埚喷涂处理；坩埚内表面的CA涂层在高温环境下，涂层材料中的CA(一铝酸钙)转变成CA6(六铝酸钙)高熔点相，形成一层六铝酸钙(CA6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高温特种材料母合金生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：第一步、氧化铝坩埚喷涂处理：在氧化铝坩埚的内表面喷涂一层厚度为45‑55μm的涂层；第二步、原料预处理：按照如下重量份：镍40‑50份、铬10‑20份、铁3‑6份、铌铁15‑18份、钼铁4‑6份、钛1‑2份称取金属原料，将各金属原材料先后在质量分数为6％的盐酸水溶液、质量分数为5％的NaOH水溶液中浸泡30‑40mi n，去除表面氧化物，将浸泡处理后的金属原料捞出，放入无水乙醇中，常温超声10‑20mi n，再分别将各金属原料置于电炉烘干机中进行烘烤，烘烤温度为400‑420℃，烘烤时间为150‑180mi n，去除金属原料的水分；第三步、将第二步称取、处理好的各金属原料，按照镍→铬→铌铁→钼→铁→钛的顺序先后放入第一步处理过的坩埚中，具体为，镍和铬放入坩埚的底部，铌铁放置于坩埚的底部和中部，钼和铁均放置于坩埚的中部和上部，钛放置于装入真空中频感应熔炼炉的小料斗内，进行真空熔炼得到高温合金铸锭；第四步、将步骤三制备的高温合金铸锭去除氧化皮、冒口后，得到高温合金精料；第五步、将步骤四制备的高温合金精料放入真空磁悬浮熔炼炉的铜坩埚中熔炼得到高温特种材料母合金。...

【技术特征摘要】
1.高温特种材料母合金生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：第一步、氧化铝坩埚喷涂处理：在氧化铝坩埚的内表面喷涂一层厚度为45-55μm的涂层；第二步、原料预处理：按照如下重量份：镍40-50份、铬10-20份、铁3-6份、铌铁15-18份、钼铁4-6份、钛1-2份称取金属原料，将各金属原材料先后在质量分数为6％的盐酸水溶液、质量分数为5％的NaOH水溶液中浸泡30-40min，去除表面氧化物，将浸泡处理后的金属原料捞出，放入无水乙醇中，常温超声10-20min，再分别将各金属原料置于电炉烘干机中进行烘烤，烘烤温度为400-420℃，烘烤时间为150-180min，去除金属原料的水分；第三步、将第二步称取、处理好的各金属原料，按照镍→铬→铌铁→钼→铁→钛的顺序先后放入第一步处理过的坩埚中，具体为，镍和铬放入坩埚的底部，铌铁放置于坩埚的底部和中部，钼和铁均放置于坩埚的中部和上部，钛放置于装入真空中频感应熔炼炉的小料斗内，进行真空熔炼得到高温合金铸锭；第四步、将步骤三制备的高温合金铸锭去除氧化皮、冒口后，得到高温合金精料；第五步、将步骤四制备的高温合金精料放入真空磁悬浮熔炼炉的铜坩埚中熔炼得到高温特种材料母合金。2.根据原料要求1所述的高温特种材料母合金生产工艺，其特征在于，第一步的具体过程为：1)涂层喷涂液配制：将一铝酸钙粉末与无水乙醇按照质量比1:6-8混合，放入球磨机中球磨25-30min，再继...

【专利技术属性】
技术研发人员：程国华，
申请(专利权)人：宁国市华成金研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34