一种真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚的制备方法，属于高温耐火材料制备技术领域。本发明专利技术所用CaO坩埚原料为高纯CaO，其中CaO含量≥98wt.％，且SiO2含量≤0.2wt.％，采用无水乙醇或乙醚作为粘结剂。在高纯CaO混中加入占氧化钙总重量0-0.5％粘结剂，配料混合均匀后，采用冷等静压成型坩埚毛坯。将坩埚毛坯件缓慢加热至1650～1750℃温度下烧结，缓慢冷却后得到CaO坩埚。本方法制得的CaO坩埚具有热力学稳定性好的特点，熔炼实验测试表明，该CaO坩埚可以用于真空感应熔炼Ti合金。该CaO坩埚可以用于真空感应熔炼Ti合金。

【技术实现步骤摘要】
一种真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚的制备方法


[0001]本专利技术涉及高温耐火材料制备
，具体涉及一种真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚的制备方法，所制备的CaO坩埚用于熔炼化学活性强的Ti合金。

技术介绍

[0002]Ti合金具有化学活性强、熔点高的特点，现有的熔炼方式通常为自耗电弧熔炼或者水冷坩埚感应熔炼，但自耗电弧熔炼存在合金化学成分不均匀的问题，水冷坩埚感应熔炼则存在熔体过热度较低的问题，同时这两种熔炼方法的成本较高。因此，要获得好而性能稳定的Ti合金，对合金的熔炼技术提出了很高要求。CaO材料具有低的蒸汽压和良好的热力学稳定性，在需要高的过热度的活性合金熔炼中发挥了重要的作用。目前，使用具有较好抗水化能力的CaO坩埚耐火材料(专利技术专利号：97103854.6)，成功的实现了TiAl基合金的熔炼。本专利技术拟制备高纯CaO坩埚，用于真空感应熔炼Ti合金时能够获得更强化学活性的Ti合金。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚材料及其制备方法，所制备的CaO坩埚具有热力学稳定性好的特点，熔炼实验测试表明，该CaO坩埚可以用于真空感应熔炼Ti合金。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)原料准备：采用高纯度CaO耐火材料、抗水剂和粘结剂为坩埚制备原料，粘结剂的重量为所述高纯度CaO耐火材料总重量的0～0.5％；所述抗水剂的重量为所述高纯度CaO耐火材料总重量的0～0.5％；
[0007](2)将所述高纯度CaO耐火材料、抗水剂与粘结剂混合均匀后，采用冷等静压在模具中压制成坩埚毛坯，冷等静压成型压力为100-300MPa，保压时间1-5分钟；
[0008](3)将步骤(2)所得坩埚毛坯进行加热烧结，再随炉冷却后即获得所述真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚。
[0009]上述步骤(1)中，所述高纯度CaO耐火材料成分包括CaO和SiO2，其中CaO含量≥98wt.％，SiO2含量≤0.2wt.％。
[0010]上述步骤(1)中，所述抗水剂的重量为所述高纯度CaO耐火材料总重量的0.5～2％，所述抗水剂为ZrO2粉末(加入少量ZrO2的目的是提高CaO坩埚的抗水化性能，加入量偏多会影响CaO热力学稳定性)。
[0011]上述步骤(1)中，所述粘结剂为无水乙醇或乙醚。
[0012]所述高纯度CaO耐火材料的粒度为200目。
[0013]上述步骤(3)中，所述加热烧结的过程为：将坩埚毛坯缓慢加热至900-1300℃并预烧30分钟，再缓慢加热至1650～1750℃并烧结20～180分钟，随炉冷却后得到CaO坩埚；所述
缓慢加热过程中加热速度不高于10℃/min。
[0014]所制备的CaO坩埚用于真空感应熔炼Ti合金。
[0015]本专利技术设计原理及有益效果如下：
[0016]现有Ti合金熔炼通常采用水冷坩埚熔炼，不能采用真空感应熔炼的最大障碍就是没有合适的氧化物坩埚。本专利技术设计了热力学稳定的氧化钙坩埚，能够熔炼强化学活性的Ti合金。现有CaO坩埚耐火材料专利(专利技术专利号：97103854.6)主要关注提升坩埚的抗水化能力，采用此专利利(专利技术专利号：97103854.6)制备的坩埚熔炼Ti合金，坩埚会出现侵蚀裂纹。本专利技术改变坩埚成分配比和制备工艺，提升坩埚的稳定性，最终能够熔炼Ti合金。本专利技术有望将CaO坩埚真空感应熔炼引入Ti合金熔炼中，降低熔炼成本和铸锭的成分均匀性。
附图说明
[0017]图1为实施例1熔炼Ti后的CaO坩埚和坩埚内的Ti-Cu合金。
[0018]图2为实施例2熔炼后坩埚的XRD图谱。
[0019]图3为实施例3添加0.5wt.％ZrO2的CaO坩埚显微组织。
具体实施方式
[0020]为了进一步理解本专利技术，以下结合实例对本专利技术进行描述，但实例仅为对本专利技术的特点和优点做进一步阐述，而不是对本专利技术权利要求的限制。
[0021]实施例1：
[0022]采用表1中的高纯度CaO耐火材料作为真空感应熔炼Ti合金的坩埚材料，CaO材料为200目的粉状原料。
[0023]表1高纯度CaO耐火材料组成(wt.％)
[0024]CaOMgOAl2O3SiO2Fe2O3TiO298.34％0.43％0.20％<0.05％<0.01％0.029％
[0025]将所述高纯度CaO耐火材料(不添加粘结剂和抗水剂)添加到模具中，采用采用冷等静压压制成坩埚毛坯，冷等静压成型压力为280MPa，保压时间2min，保压后以140MPa/min速率缓慢泄压。
[0026]将所得CaO坩埚毛坯加热烧结，烧结制度为：室温至100℃加热速率10℃/min，在100℃保温1h，然后以2.6℃/min升温至1680℃保温20分钟，随后以4℃/min冷却速率冷却至室温。
[0027]将烧结后的CaO坩埚作为真空感应熔炼Ti合金坩埚，将电子束精炼后的金属Ti和高纯Cu作为原料加入CaO坩埚中，金属Ti和高纯Cu具体成分比例为Ti-5wt.％Cu。
[0028]在高纯氩气环境，感应加热金属Ti和高纯Cu，原料全部熔化后在1680℃保温10min，停止加热，熔体凝固于CaO坩埚中。
[0029]经检测，熔炼后的CaO坩埚内外表面完好(图1)，未与Ti合金发生反应，保证了钛合金的纯净化和化学成分的均匀性(表2)。
[0030]表2熔炼后Ti-5wt.％Cu合金化学成分(wt.％)
[0031]CuON5.11％0.29％0.0035％
[0032]实施例2：
[0033]本实施例与实施例1的区别在于，所用原材料为表1中的高纯度CaO耐火材料和无水乙醇粘结剂，无水乙醇的添加量为CaO原料重量的0.1wt.％。
[0034]采用与实施例1相同的CaO坩埚的压制、烧结工艺。烧结之后坩埚经X射线衍射仪(XRD)分析，XRD图谱表明：坩埚相组成主要为CaO(图2)，极少量的Ca(OH)2可能为CaO样品制备过程中吸收少量水气后的反应产物。
[0035]采用与实施例1相同的真空感应熔炼工艺熔化Ti-5wt.％Cu合金，熔炼后的CaO坩埚内外表面完好，未与Ti合金发生反应，保证了钛合金的纯净化和化学成分的均匀性。
[0036]实施例3：
[0037]本实施例与实施例1所用原材料不同之处在于：在表1中CaO原料中添加了ZrO2粉末，不添加任何粘结剂；ZrO2粉末添加量为CaO原料重量的0.5wt.％。
[0038]采用与实施例1相同的CaO坩埚的压制、烧结工艺。烧结之后坩埚经电子扫面电镜观察(SEM)观察(图3)，发现坩埚由CaO晶粒组成，CaO晶粒之间存在极少量ZrO2颗粒。
[0039]采用与上述实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)原料准备：采用高纯度CaO耐火材料、抗水剂和粘结剂为坩埚制备原料，粘结剂的重量为所述高纯度CaO耐火材料总重量的0～0.5％；所述抗水剂的重量为所述高纯度CaO耐火材料总重量的0～0.5％；(2)将所述高纯度CaO耐火材料、抗水剂与粘结剂混合均匀后，采用冷等静压在模具中压制成坩埚毛坯，冷等静压成型压力为100-300MPa，保压时间1-5分钟；(3)将步骤(2)所得坩埚毛坯进行加热烧结，烧结后坩埚随炉冷却，即获得所述真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚。2.根据权利要求1所述的真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述高纯度CaO耐火材料成分包括CaO和SiO2，其中CaO含量≥98wt.％，SiO2含量≤0.2wt.％。3.根据权利要求1所述的真空感应熔炼Ti合金的CaO坩埚...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，潜坤，宋庆忠，查向东，刘奎，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：