Способ получения порошков сплавов титана Советский патент 1986 года по МПК B22F9/18 

Изобретение относится к порошковой металхгургии, в частности к пол5гчению легированных металлических порошков восстановлением о сислов металлом- восстановителем.

Известен способ получения порошков сплавов титана путем.восстановления хлоридных расплавов металлов, образующих спл.д.в, металлом-восстановителем, например натрием l .

Недостатками способа являются его трудоемкость и ограниченность применения по составу получаемых сплавов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ получения сплавов титана, который предусматривает приготовление смеси из окислов титана и легирующих металлов, введение в шихту металла-восстановителя с избытком 1,2-2,0 против стехи- . ометрического количества, восстановления при температуре 1000-1300 С И последующую кислотную обработку восстановленного продукта 2j .

С целью возможности регулирования гранулометрического состава порошков сплавов известный способ предусматривает введение в шихту окиси кальция или хлоридов натрия или кальция .

Недостатком известного способа явлдется неоднородность по составу и структуре получаемых порошков.

Цель изобретения - повышение гомогенности и однороднос ги гранулометрического состава порошка.

Для достижения поставленной цели согласно способу получения порошков сплавов титана, включающему приготов- ление смеси из окислов титана и легирующих металлов, введение в шихту металла-восстановителя с избытком 1,2- -2,0 против стехиометрического количества, восстановление при температу10

начальному давлению, поскольку в случае нагрева содержащей кальций смеси до температуры lOOO-ISOO C давление паров металлического кальция настраивается на эту величину. Металлический кальций 1-1меется в избытке, так что он и во время реакции не полностью исчезает за счет восстановления. Это означает, что во время реакции в закрытом р€ акторе наблюдается значительно

20

более высокое давление чем 10 мм рт. ст.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Готовят смесь окислов восстанавливаемых металлов, куда добавляют также окислы или карбонаты щелочно-земель- ных металлов в количестве 1:1-6:1, которые при последующем отжиге смеси при температуре 1000-1300 С образуют

25

сложный окисел, что повышает однородность состава смеси. В случае введения в смесь карбоната кальция происходит его разложение, что. способствую ет образованию активной окиси кальция азрьклению смеси и упрощению последующего измельчения продукта после его отжига.

К полученному после отжига про30 дукту добавляют .мелкокусковьй кальций размером О,5-8 мм (предпочтительно 2-3 Miyi) и. перхлорат калия, который в процессе -последующего восстановления смеси играет роль разогре35 вающей добавки. Введение перхлората калия способствует получению одно- родник по составу и форме частиц порошка сплава титана и ускоряет процесс восстановления.

После восстановления продукт реакции измельчают до крупности менее 2 мм и отмьюают разбавленными кислотами, например соляной или уксусной кислотой. Порошок сплава промывают и

40

восстановление ре 1000-1300°С и последующую кислотнуЮ ОЗ сушат.

Практически все операции желательно проводить в среде инертного газа. Способ позволяет получать порошки титановых сплавов: TiA16V4, TiA16V6Sn2, SO

обработку восстановленного продукта, в смесь окислов дополнительно вводят окисел или карбонат щелочно-земель- ного металла в молярном соотношении 1:1-6:1 и отжигают ее при температуре

,TiA114Mo4Sn2, TiAlZrSMoO, 5Si U,25, TiAli2V11, 5Zr11Sn2, TiAl13V10Fe3 при выходе годного продукта более 96%.

1000-1300°С в течение 6-18 ч, после чего в смесь добавляют гранулирован- ньй кальций и перхлорат калия в количестве 1:0,01-1:0,2, смесь прессуют и восстанавливают в вакууме 10 10 мм рт.ст.

Указание вакуума относится к состоянию в начале процесса, т.е. к

начальному давлению, поскольку в случае нагрева содержащей кальций смеси до температуры lOOO-ISOO C давление паров металлического кальция настраивается на эту величину. Металлический кальций 1-1меется в избытке, так что он и во время реакции не полностью исчезает за счет восстановления. Это означает, что во время реакции в закрытом р€ акторе наблюдается значительно

более высокое давление чем 10 мм рт. ст.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Готовят смесь окислов восстанавливаемых металлов, куда добавляют также окислы или карбонаты щелочно-земель- ных металлов в количестве 1:1-6:1, которые при последующем отжиге смеси при температуре 1000-1300 С образуют

ложный окисел, что повышает однородость состава смеси. В случае введения в смесь карбоната кальция происодит его разложение, что. способствую ет образованию активной окиси кальция азрьклению смеси и упрощению последующего измельчения продукта после его отжига.

К полученному после отжига продукту добавляют .мелкокусковьй кальций размером О,5-8 мм (предпочтительно 2-3 Miyi) и. перхлорат калия, который в процессе -последующего восстановления смеси играет роль разогревающей добавки. Введение перхлората калия способствует получению одно- родник по составу и форме частиц порошка сплава титана и ускоряет процесс восстановления.

После восстановления продукт реакции измельчают до крупности менее 2 мм и отмьюают разбавленными кислотами, например соляной или уксусной кислотой. Порошок сплава промывают и

сушат.

Практически все операции желательно проводить в среде инертного газа. Способ позволяет получать порошки титановых сплавов: TiA16V4, TiA16V6Sn2, O

5

,TiA114Mo4Sn2, TiAlZrSMoO, 5Si U,25, TiAli2V11, 5Zr11Sn2, TiAl13V10Fe3 при выходе годного продукта более 96%.

Пример 1. Получение сплава TiA16V4.

1377,10 г TiO, 85,63 г Alj,0,, 65,60 г и 1601,20 г СаСОэ смешивают, отжигают при в течение 12 ч, спек размал1.1вают до крупности менее 1 мм (насыпной вес 1,40 г/cм после утряски 2,30 г/см ). В 1000 г этой смеси вводят 1070,6 г кальция и 91,40 г КС104 (0,08 моль

Отожженный продукт дробят до круп ности менее 1 мм (насыпной вес 1,58 г/см , после утряски 2,48 г/см ) 1000 г этого продукта смешивают с

КСЮ на 1 моль легированного порош- 5 1991,80 г кальция и 11,43 г КСЮ ка), прессуют заготовки диаметром (около 0,01 моль КС104 на один моль

легированного порошка) и прессуют заготовки И 50 мм и высотой 30 мм.

50 мм и высотой 30 мм и восстанавливают при температуре 1150 С в титановом тигле при давлении 10 мм рт.ст. в течение 8 ч. Продукт реакции измельчают, выщелачивают разбавленной .соляной кислотой, порошок сушат в вакууме.

Полученный порошок имеет насыпной вес 1,96 г/см , после утряски 2,56 г/смз.

Гранулометрический сослав порошка следующий, мае.%:

500 мкм 1,5 63-90 мкм 4,6 355-500 мкм 1,2 45-63 мкм 9,6 250-355 мкм 1,3 32-45 мкм 10,5 180-250 мкм 2,7 25-32 мкм 10,1 125-180 мкм 3,5 25 мкм 49,0

90-125 мкм 4,9

Химический состав порошка, мае.% А1 5,85, V 3,93, Fe 0,05, Si 40,05, Н 0,008, N 0,0160, С 0,07, О 0,11, Са 0,07, Mg 0,01, Ti остальное.

Порошок имеет частицы пластинчато10

t5

Заготовки помещак)т в реактор, откачивают до 10 мм рт.ст., нагревают до 1000 С и восстанавливают в течение 8ч.

Полученный продукт измельчают до крупности менее 2 мм, а затем выщелачивают муравьиной кислотой.

П р и м е р 4. Получение сплава TiAl,2Vl15Zr11Sn2.

1245,22 г ТЮг, 38,0 г , 207,5 г VjOy, 149,4 г ZrO. , 23,1 г 20 SuO и 1601,2 г CaCOj смешивают и отжигают при 1250 С в течение 12 ч.

Отожженный продукт дробят до крупности менее 1 мм (насыпной вес 2,415 г/см, после утряски 3,185 г/ 25 /см), 1000 г этого продукта смешивают с 1640,2 г кальция и 162,3 г КС104 (0,01 моль КСЮ на 1 моль металлического легированного порошка) прессуют в заготовки И 50 мм и высотой 30 мм.

го строения и однородную структуру с преимущественным содержанием d -фазы р незначительным /3 -фазы.

Пример 2. Получение сплава

TiA16V4.

1377,10 г TiOj, 85,63 г ,

65,60 г 1034,52 г СаО (1:1) смешивают и отжигают при 1000 С в течение 18ч. Продукт дробят до крупности м енее 1 мм (насыпной вес 1,45 г/см , после утряски 2,28 г/cм затем добавляют к 1000 г окисла 1051,62 г кальция - 1:1,2 моль) и 228,50 г КС104 (около 0,2 моль КСЮ на 1 моль порошка) смешивают и прессуют заготовки 0 50 мм и высотой 30 мм.

Заготовки помещают в реактор, от-качивают его до 10 мм рт.ст., нагревают до 1300°С и проводят восстановление в течение 2ч.

Пример 3. Получение сплава TiA16V4.

1377,10 г TiO, 85,63 г ,, 65,60 г и 172,45 г СаО (6:1) перемешивают и отжигают при 1300 С в течение 6 ч.

г,

ВНИИПИ Заказ 3720/5

Произв.-ПО.ПИГР. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Отожженный продукт дробят до крупности менее 1 мм (насыпной вес 1,58 г/см , после утряски 2,48 г/см ), 1000 г этого продукта смешивают с

Заготовки помещак)т в реактор, откачивают до 10 мм рт.ст., нагревают до 1000 С и восстанавливают в течение 8ч.

Полученный продукт измельчают до крупности менее 2 мм, а затем выщелачивают муравьиной кислотой.

П р и м е р 4. Получение сплава TiAl,2Vl15Zr11Sn2.

1245,22 г ТЮг, 38,0 г , 207,5 г VjOy, 149,4 г ZrO. , 23,1 г SuO и 1601,2 г CaCOj смешивают и отжигают при 1250 С в течение 12 ч.

Отожженный продукт дробят до крупности менее 1 мм (насыпной вес 2,415 г/см, после утряски 3,185 г/ /см), 1000 г этого продукта смешивают с 1640,2 г кальция и 162,3 г КС104 (0,01 моль КСЮ на 1 моль металлического легированного порошка), прессуют в заготовки И 50 мм и высотой 30 мм.

Заготовки помещают в реактор, откачивают его до 10 мм рт.ст. и восОг

станавливают при 1150 С в течение .8 ч. Продукт реакции измельчают, вы- щелачивают разбавленной соляной кислотой, порошок сушат в вакууме.

Полученный порошок имеет насыпной вес 2,68 г/см , после утряски 3,13 г/смз.

Гранулометрический состав порошка следуюший, мае.%:

-г.-- 500 мкм 1,8

355-500 мкм 250-355 мкм 180-250 мкм 10,2 125-180 мкм 13,2 90-125 мкм

Химический состав порошка, мас.%: А1 1,90, V 11,20, Zr 10 ,7, Su 1,80, Si 0,05., Fe 0,05, Н 0,010, N 0,014, С 0,07, О 0,10, Са 0,10, Mg 0,01, Ti остальное.

.Порошок имеет однородную структуру с преимущественным содержанием /3-фазы.

Тираж 757 Подписное