本發(fā)明涉及一種鈦合金材料及其制備方法，尤其涉及一種鈦鋁釩合金及其制備方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國攀西地區(qū)具備豐富的鈦資源和釩資源，蘊(yùn)藏量居世界前列。因此，開展對(duì)鈦鋁釩合金的研究具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

鈦合金具有兩個(gè)優(yōu)異的性能：比強(qiáng)度高，耐腐蝕，使其在航空航天，化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工程廣泛應(yīng)用。但是鈦的最高使用溫度使其氧化特性受到限制，而TiAl金屬間化合物可以部分的克服這一缺點(diǎn)，因此其成為鈦合金研制的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。如圖1所示，鈦鋁基合金可直接與發(fā)展成熟的高溫鋼和鎳基超合金相媲美，因此鈦鋁合金成為研究的熱點(diǎn)。

釩具有金屬“維生素”之稱。釩對(duì)鈦合金中具有優(yōu)異改良作用，鈦鋁釩合金可應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域。

《GB/T 3620.1-2007鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》公開了現(xiàn)有鈦合金的種類及各鈦合金中的化學(xué)成分，其中鈦鋁釩合金中鈦的含量均較高，鈦的含量80％以上，因此密度也較高，例如，TC3含有4.5％～6.0％鋁和3.5％～4.5％釩；TC4含有5.5％～6.8％鋁和3.5％～4.5％釩；TC10含有5.5％～6.5％鋁、5.5％～6.5％釩、1.5％～2.5％錫、0.35％～1.0％鐵和0.35％～1.0％銅；TA17含有3.5～4.5％鋁、1.5～3.0％釩；TA18含有2.5～3.5％鋁、2.0～3.0％釩，余量主要為鈦。

傳統(tǒng)鈦的制備方法主要是Kroll法和Hunter法，Hunter法是最早制備金屬鈦的方法但該法制備的海綿鈦Cl-含量高、塊小、疏松、熔鑄性能差、揮發(fā)分多等缺點(diǎn)，20世界80年代后期逐步被淘汰。

Kroll法是生產(chǎn)海綿鈦?zhàn)畛晒?、最主要的方法，Kroll法首先將TiO₂進(jìn)行氯化制備TiCl₄，主要方程為：TiO₂+2Cl₂+2C＝TiCl₄+2CO；然后TiCl₄被Mg還原制備海綿鈦：TiCl₄+2Mg＝Ti+2MgCl₂。

如圖2所示，Kroll法工藝流程長(zhǎng)、周期長(zhǎng)，還原率低、還原劑價(jià)格高、過程難以連續(xù)化生產(chǎn)造成海綿鈦生產(chǎn)成本過高等缺點(diǎn)。鈦材的價(jià)格是普通不銹鋼價(jià)格的5-8倍。

Ti-Al合金制備方法目前大多數(shù)采用粉末冶金，鑄錠與鑄造冶金及鈦與鋁進(jìn)行重熔法冶煉等制備方法，使得鈦鋁合金的制備成本較高。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)及專利未見采用電鋁熱還原法制備鈦鋁釩的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種鈦鋁釩合金材料，該鈦鋁釩合金鈦含量低，合金密度低，可用于制備低密度的鈦鋁合金。

為解決第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：鈦鋁釩合金材料，所述鈦鋁釩合金材料含有：55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al和5～15重量份的V。

進(jìn)一步地，所述鈦鋁釩合金材料由55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al、5～15重量份的V、1.5～1.8重量份的氧和0.8～1.8重量份的其它雜質(zhì)組成。

本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種上述鈦鋁釩合金材料的制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，合成成本低。

為解決第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：鈦鋁釩合金材料的制備方法，包括如下步驟：

a.配料：取鈦白粉25～29.2重量份、鋁粉24.5～26.3重量份、氧化鈣20～28.6重量份、氟化鈣14～20重量份，五氧化二釩2.9～7.5重量份；

b.混勻：將a步驟配好的料混合均勻；

c.焙燒：將b步驟混勻的原料焙燒，焙燒溫度1450～1700℃，焙燒時(shí)間20～50min；

d.冷卻：將c步驟焙燒后的原料冷卻，實(shí)現(xiàn)鈦鋁釩合金和熔渣的有效分離。

優(yōu)選地，b步驟采用球磨機(jī)混合均勻。

優(yōu)選地，c步驟在馬弗爐中進(jìn)行焙燒。

優(yōu)選地，d步驟在空氣氣氛下自然冷卻。

進(jìn)一步地，b步驟采用球磨機(jī)混合均勻的球磨時(shí)間20～60min。

優(yōu)選地，c步驟焙燒溫度1450℃-1600℃。

優(yōu)選地，c步驟焙燒時(shí)間20～30min。

進(jìn)一步地，鈦的收率92％以上，釩的收率93％以上，合金收率73％以上。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的鈦鋁釩合金材料，主要成分為55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al和5～15重量份的V，合金密度低，可進(jìn)一步用于制備低密度的鈦鋁合金，原料成本也低，塑性好，脆韌轉(zhuǎn)變溫度低。

本發(fā)明的鈦鋁釩合金材料的制備方法將鈦白粉、五氧化二釩等為原料混勻，采用電鋁熱還原法一步合成鈦鋁釩合金，鈦收率和釩收率也較高，可以大大縮短工藝流程，降低制備成本。此外，本發(fā)明可在空氣中冷卻，不需要真空或惰性氣體保護(hù)，冷卻后熔渣與合金易分離，制得的合金的雜質(zhì)含量低。

相對(duì)于傳統(tǒng)制備鈦鋁釩合金材料的方法，該方法具有成本低、工藝和設(shè)備要求簡(jiǎn)單、原料來源廣的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為各種合金高溫性能比較圖；

圖2為Kroll法流程圖；

圖3為本發(fā)明工藝流程圖；

圖4為本發(fā)明制備的鈦鋁釩合金樣品圖。

具體實(shí)施方式

1、鈦鋁釩合金材料，所述鈦鋁釩合金材料含有：55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al和5～15重量份的V。

進(jìn)一步地，所述鈦鋁釩合金材料由55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al、5～15重量份的V、1.5～1.8重量份的氧和0.8～1.8重量份的其它雜質(zhì)組成。

2、鈦鋁釩合金材料的制備方法，如圖3本發(fā)明工藝流程圖所示，包括如下步驟：

a.配料：取鈦白粉25～29.2重量份、鋁粉24.5～26.3重量份、氧化鈣20～28.6重量份、氟化鈣14～20重量份，五氧化二釩2.9～9.5重量份；

b.混勻：將a步驟配好的料混合均勻；

c.焙燒：將b步驟混勻的原料焙燒，焙燒溫度1450～1700℃，焙燒時(shí)間20～50min；

d.冷卻：將c步驟焙燒后的原料冷卻，實(shí)現(xiàn)鈦鋁釩合金和熔渣的有效分離。

如圖4本發(fā)明制備的鈦鋁釩合金樣品圖所示，d步驟冷卻后，渣在鈦鋁釩合金表面，且顏色與鈦鋁釩合金不同，能夠容易的將渣和鈦鋁釩合金分開，制得的合金的雜質(zhì)含量低，渣的主要成分為CaO-Al₂O₃-CaF₂。

為保證原料粉末的充分混勻，優(yōu)選地，b步驟采用球磨機(jī)混合均勻，球磨機(jī)能在混勻原料的同時(shí)，還將原料進(jìn)一步磨碎。

為更好的控制焙燒溫度，優(yōu)選地，c步驟在馬弗爐中進(jìn)行焙燒，也可選用其它能控制溫度的焙燒爐。

采用本發(fā)明的方法，還原出來的金屬團(tuán)會(huì)聚集在一起，形成塊狀，被熔渣包裹，可以起到隔絕空氣的作用，因而d步驟可在空氣氣氛下自然冷卻就能實(shí)現(xiàn)渣和鈦鋁釩合金的分離，節(jié)約成本，也可根據(jù)生產(chǎn)需要選擇其它冷卻方式。

進(jìn)一步地，b步驟采用球磨機(jī)混合均勻的球磨時(shí)間20～60min，球磨時(shí)間可根據(jù)原料的量和原料顆粒度適當(dāng)調(diào)整。

優(yōu)選地，c步驟焙燒溫度1450℃-1600℃。

優(yōu)選地，c步驟焙燒時(shí)間20～30min。

進(jìn)一步地，鈦的收率92％以上，釩的收率93％以上，合金收率73％以上。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

實(shí)施例1

稱取鈦白粉27.3重量份，鋁粉24.5重量份，CaO 28.5重量份，CaF₂ 14.2重量份，V₂O₅5.5重量份。將上述原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行混料球磨20min。將混合均勻的原料放入剛玉坩堝中，再將剛玉坩堝放入馬弗爐內(nèi)1560℃進(jìn)行焙燒，焙燒時(shí)間為20min。焙燒后的得到的合金材料在空氣氣氛下自然冷卻，得到鈦鋁釩合金和渣。

測(cè)量得到的鈦鋁釩合金材料的主要化學(xué)成分為：58.5重量份Ti、27.2重量份Al、10.5重量份V、1.5重量份O、其他0.8重量份；計(jì)算鈦收率為93％，釩收率95％，合金收率為75％。

實(shí)施例2

稱取鈦白粉29.2重量份，鋁粉26.3重量份，CaO 27.5重量份，CaF₂ 14.0重量份，V₂O₅3重量份。將上述原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行混料球磨1h。將混合均勻的原料放入剛玉坩堝中，再將剛玉坩堝放入馬弗爐內(nèi)1500℃進(jìn)行焙燒，焙燒時(shí)間為30min。焙燒后的得到的合金材料在空氣氣氛下自然冷卻，得到鈦鋁釩合金和渣。

測(cè)量得到的鈦鋁釩合金材料的主要化學(xué)成分為：62.5重量份Ti、31.25重量份Al、6.25重量份V、1.8重量份O、其他1.2重量份；計(jì)算鈦收率為92％，釩收率93％，合金收率為73％。

實(shí)施例3

稱取鈦白粉25.1重量份，鋁粉24.5重量份，CaO 24.6重量份，CaF₂ 18.3重量份，V₂O₅7.5重量份。將上述原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行混料球磨40min。將混合均勻的原料放入剛玉坩堝中，再將剛玉坩堝放入馬弗爐內(nèi)1600℃進(jìn)行焙燒，焙燒時(shí)間為50min。焙燒后的得到的合金材料在空氣氣氛下自然冷卻，得到鈦鋁釩合金和渣。

測(cè)量得到的鈦鋁釩合金材料的主要化學(xué)成分為：55.8重量份Ti、30.2重量份Al、12.5重量份V、1.5重量份O、其他0.5重量份；計(jì)算鈦收率為93％，釩收率94％，合金收率為75％。