一种富金属组分的制造方法和由其制得的钛合金粉末技术

公开了一种从金属基复合物中制造富金属组分的方法，该方法包括：ａ）通过加热含有金属相和／或金属互化相的金属基复合物使该金属基复合物增大；ｂ）粉碎所述复合物。得到不同粒径的组分；ｃ）分离并收集该不同粒径的组分，所述组分包括含有富金属组分的金属互化相。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种富金属组分的制造方法和由其制得的钛合金粉末。具体而言，本专利技术涉及从包括金属的复合材料中分离该金属组分的方法。
技术介绍
钛合金已经被广泛用于制造飞机部件，医用植入物和化学加工机械和结构中。还能用钛合金代替钢制造汽车部件，但是这种应用受到成本因素的严重局限。高成本的原因主要是从精矿回收钛所用的间歇处理方法的成本高，以及涉及钛的熔化和合金化的技术困难。传统的钛制造方法，即Kroll方法，涉及TiO2和焦碳形式的碳在氯气中于800℃的温度反应，形成TiCl4和一氧化碳。反应中生成的氯化钛(TiCl4)以液态存在，必须通过蒸馏提纯。将液体引入装有680℃到750℃镁熔体的熔炉中，形成氯化镁(MgCl2)和纯钛。MgCl2是气体，而钛是海绵状固体。通过蒸馏或用盐酸沥浸提来纯化该海绵体。可以通过电解方法再循环氯化镁。由该方法形成的钛海绵能通过真空电弧熔融或其他这类熔融方法，被进一步加工成商用纯度的钛或钛合金。如果需要钛或钛合金粉末，则要将钛或钛合金加热到超过钛/合金熔体的制造温度(1650℃)。使其雾化成液滴，然后固化成粉末。该方法的局限性包括其复杂性以及使用了氯和镁。该方法涉及若干高温步骤，需要大量能量。这导致钛和钛合金的高成本。使用氯导致该方法不利于环境。镁金属很昂贵，因此该方法中使用镁也导致了钛的高成本。该方法的结果是，钛合金粉末的成本在每公斤40美圆左右。美国专利6264719(Zhang等人)公开了钛合金基分散强化的复合物及其制造方法。该专利公开了干法高能强化机械研磨在钛基金属基质复合物(MMC)制造方法中的应用。MMC是传统硬质工程合金与高强度第二相材料的复合物，可以是氧化物，氮化物，碳化物或金属互化物。氧化物分散强化(ODS)合金是MMC的一种。它们是硬质工程合金与氧化物细分散体的复合物。通常，为了获得要求的分散性，必须含有不超过10％体积分数的氧化物第二相，其粒度度是数10纳米。美国专利6264719公开了以降低的成本制造钛基MMC的方法，但是没有公开分离MMC中不需要的组分，从而将复合物中某些组分的含量调节到要求浓度的方法。使用这种方法能回收包括除Ti之外的其他金属组分也是其优点。所有文件，包括说明书中引用的所有专利或专利申请，都参考结合于此。并不认为这些参考文献构成现有技术。参考文献的讨论说明了其作者的主张，申请人保留质疑引用文件准确性和相关性的权利。能很清楚地认识到，虽然存在大量相关的现有技术文件，但是并不认为这些参考文献成为新西兰或任何国家中现有技术的公知常识部分。术语“包括”在各种权限内被用于排除或包含的含义。在本说明书中，除非另有说明，否则术语“包括”具有包含的含义，即表示不仅包含所列出的直接引用部分，还包含其他未明示的部分或要素。在方法或过程的一个或多个步骤中使用术语“构成”或“包括”时也要应用该原则。专利技术目的本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，或者至少为公众提供有用的选择。由仅以举例的方式进行的描述，本专利技术的其他方面和优点是显而易见的。专利技术概述本专利技术一方面提供了一种从金属基复合物中分离组分的方法，该方法包括增大一种组分粒度和从复合物的其他组分中分离该粒度增大组分的步骤。优选将金属基复合物加热到大约1500℃和1650℃之间的温度。优选将金属基复合物在大约1500℃和1650℃之间的温度下保持大约0.5小时到10小时。优选使该组分的粒度增大到约15微米到100微米。优选金属基复合物是一种由至少两种组分构成的金属基质复合物，其中的一种组分是金属。优选金属是钛，钇或铜。更优选该金属是钛。优选金属基复合物是金属基质和非金属增强组分的组合。优选非金属组分是一种陶瓷材料。优选金属基复合物是一种金属陶瓷复合物，其主要组分超过该复合物的大约50％。优选构成金属基复合物的材料或物相包括金属相，金属互化相，氧化物，氮化物，碳化物或硅酸盐。优选金属相，金属互化相和氧化物包括Ti(Al，O)，Ti3Al(O)和TiAl(O)和Al2O3。为了易于参考说明书，将Ti(Al，O)，Ti3Al(O)和TiAl(O)统称为TixAly(O)。不应当认为该术语是限制性的。优选金属基复合物中的粒度增大组分是Al2O3。优选通过热处理使Al2O3颗粒粗化，增大Al2O3的平均粒度。优选在处理之后粉碎和/或研磨复合物，使某一组分的粒度小于其他组分。优选在惰性环境中进行研磨，例如在氩气或真空条件下。优选对研磨时间进行限制，从而使该粒度增大组分的缩小程度最小。优选将粉末与表面活性剂和水混合，形成悬浮液。优选通过筛分，沉降，电泳，静电方法，化学浸提，或类似方法分离组分。本专利技术另一方面通过上述方法提供了富钛粉末。优选富钛粉末中Al2O3的含量小于30％，更优选小于15％。优选钛相中的氧含量小于1.5原子％。优选重复分离过程，使粉末中的Al2O3体积分数小于约30％。优选将粉末与还原剂反应，使金属相中的氧含量低于约1.5原子％。优选使粉末中的Al2O3体积分数减小至低于约10％，并使粉末与稀土金属反应。附图简要说明通过以下仅作为举例的说明并参考附图，本专利技术的其他方面是显而见的，其中附附图说明图1所示是Ti(Al，O)/Al2O3复合物的微观结构，该复合物是在(a)1550℃下3小时和(b)1650℃下4小时的不同温度条件下低压烧结Al/TiO2复合粉末而制得的。浅色相是Ti(Al，O)，深色相是Al2O3。专利技术具体说明本申请广义涉及从复合材料中分离金属。虽然有已知方法能达到这个目的，但是这些方法都存在一些缺点，需要替代的方法。例如，美国专利6264719中所述从铝和二氧化钛粉末制备TixAly/Al2O3复合物的燃烧反应导致形成Al2O3颗粒和富钛金属或金属互化相。钛金属或金属互化相是Ti(Al，O)，即Al和氧在钛中的固溶体，或者是Ti3Al(O)或TiAl(O)，即含有溶解氧的钛铝互化物，或这些相的混合。美国专利6264719中所公开方法的缺点是，TixAly/Al2O3复合物中Al2O3组分的体积分数太高，大于约45％。虽然Al2O3是金属陶瓷复合物的要求组分，但是通常要求使其体积分数降低到小于约30％，更优选是15％。降低复合物中的Al2O3体积分数，能提高金属陶瓷复合物的机械性能，例如延展性和断裂韧性。更重要的是，使Al2O3的体积分数降低至小于15％或更优选至10％，能利用钙，氢化钙或其他适用还原剂，将TixAly/Al2O3粉末进一步还原成钛铝互化物中的钛合金，从而提供另一种制备高值钛基金属材料的途径。该方法还能被用于从包括其他金属氧化物(例如Cu2O；Y2O3)的复合物中分离铜或钇等金属。发现通过加热处理使Al2O3颗粒粗化，Al2O3的平均粒度有所增加。如图1中所示。具体参考钛复合物和图1，将TixAly/Al2O3复合物物块加热到大约1500℃到1650℃之间的温度，并在该温度下保持大约0.5到10小时，使Al2O3颗粒显著粗化。Al2O3的粒度增加到大约15-100微米的范围。显然能采用超过1650℃的温度，但是该温度事实上是不实用的。通过试验能很容易确定上限和下限。本专利技术中术语“颗粒”应该理解为构成材料的各嵌入颗粒，这是本领域技术人员已知的术语。固体中颗粒的形状通常受到周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由金属基复合物制造富金属组分的方法，该方法包括：ａ）通过加热含有金属相和／或金属互化相的金属基复合物使该金属基复合物增大；ｂ）粉碎所述复合物。得到不同粒径的组分；ｃ）分离并收集该不同粒径的组分，所述组分包括含有富 金属组分的金属互化相。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D张，G阿达姆，J梁，
申请(专利权)人：钛坦诺克斯发展有限公司，
类型：发明
国别省市：NZ[新西兰]