Способ получения порошков сплавов титана

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А5 д)) 4 В 22 F 9/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

3> (pl

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3279157/22 — 02 (22) 07..05.81 (31) Р 30 17782.3 (32) 09.05.80 (33) DE (46) 07.07.86. Бюл. 1Ф 25 (71) Т. Гольдшмидт АГ (DE) (72) Гюнтер Бюттнер, Ханс — Гюнтер

Домацер и Хорст Эггерт (DE) (53) 621. 762. 242 (088. 8) (56) 1. Кузьменко А.С., Сандлер P.À., Сальдау Э.П. Натриетермическое получение порошков титана, легированных марганцем. — Изв. ВУЗов. Цветная металлургия, 1978, Ф 2, с. 67-70.

2. Дзнеладзе Ж.И., Щеглова P.Ï., Голубева Л.С. и др. Порошковая металлугия сталей и сплавов. М,, 1978, с. 18-26, 33-37. (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ

СПЛАВОВ ТИТАНА, включающий приготовление смеси из окислов титана и легирующих металлов, введение в шихту металла-восстановителя с избытком

1,2-2,0 против стехиометрического количества, восстановление при температуре 1000-1300 С и последующую кислотную обработку восстановленного продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения гомогенности и однородности гранулометрического состава, в смесь окислов дополнительно вводят окисел или карбонат щелочно-земельного металла в молярном соотношении 1:1-6:1 и отжигают ее при температуре 1000-1300 С в течение 6-18 ч, после чего в смесь добавляют гранулированный кальций и перхлорат калия в количестве 1:0,01—

-1:0 2 смесь прессуют и восстанав6 ливают в вакууме 10 — 10 мм рт.ст °

1243612

Изобретение относится K порошковой металлургии, в частности к получению легированных металлических порошков восстановлением окислов металломвосстановителем. 5.

Известен способ получения: порошков сплавов титана путем.восстановления хлоридных расплавов металлов, образующих сплав, металлом-восстановителем, например натрием (1j .

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-восстанови— теля с избытком 1,2-2,0 против стехиометрического количества, восстановления при температуре 1000-1300 С и последующую кислотную обработку восстановленного продукта P2).

С целью возможности регулирования гранулометрического состава порошков сплавов известный способ предусматривает введение в шихту окиси кальция или хлоридов натрия или.кальция (1) .

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

Цель изобретения — повышение гомогенности и однородности грануло- 35 метрического состава порошка.

Для достижения поставленной цели согласно способу получения порошков сплавов титана, включающему приготовление смеси из окислов титана и леги- 40 рующих металло, введение в шихту металла-восстановителя с избытком 1,2-2,0 против стехиометрического количества, восстановление при температуре 1000-1300 С и последующую кислотную45 обработку восстановленного продукта, в смесь окислов дополнительно вводят окисел или карбонат щелочно-земель— ного металла в молярном соотношении

1: 1-6:i и отжигают ее при температуре 50

1000-1300 С в течение 6-18 ч, после чего в смесь добавляют гранулированный кальций и перхлорат калия в количестве 1:0,01 — 1:0,2, смесь прессуют

-Ф 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 1000-1300 С давление паров металлического кальция настраивается на 3Ту величину. Металлический кальций имеется в избытке, так что он и во время реакции не полностью исчезает за счет восстановления. Это означает, что во время реакции в закрытом реакторе наблюдается значительно

-4 более высокое давление чем 10

10 мм рт.ст.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Готовят смесь окислов восстанавливаемых металлов. куда добавляют также окислы или карбонаты щелочно †земельных металлов в количестве 1:1-6:1, которые при последующем обжиге смеси при температуре 1000-1300 С образуют о аложный окисел„ что повышает однородность состава смеси. В случае введения в смесь карбоната кальция происходит его разложение, что. способствует образованию активной окиси кальция азрыхлению смеси и упрощению последующего измельчения продукта после его отжига.

К полученному после отжига продукту добавляют мелкокусковый кальций размером 0,5-8 мм (предпочтительно 2-3 мм) и.перхлорат калия, который в процессе последующего восстановления смеси играет роль разогревающей добавки. Введение перхлората калия способствует получению однородных по составу и форме частиц порошка сппава титана и ускоряет процесс восстановления.

После восстановления продукт реакции измельчают до крупности менее

2 мм и отмывают 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: TiA1674, TiA1676Sn2, TiA114Mo4Sn2, TiA1Zr5MoO, 5Si 0,25, TiA112711, 5Zr11Sn2, TiA113710Уе3 при вьыоде годного продукта более 96Х.

Пример 1. Получение сплава

Т1А1674.

1377,10 г TiO, 85,63 г А1 0, 65,60 г U O> и 1601,20 r CACO> смеО шивают, отжигают при 1100 С в течение 12 ч, спек размалывают до круп1243 ности менее I мм (насыпной вес

1,40 г/см после утряски 2,30 г/см ) .

В 1000 r этой смеси вводят 1070,6 г кальция и 91,40 г КС104 (0,08 моль

КС104 на 1 моль легированного порошка), прессуют заготовки диаметром

50 мм и высотой 30 мм и восстакавлио вают при температуре 1150 С в титано-5 вом тигле при давлении 10 мм рт.ст. в течение 8 ч. Продукт реакции измельчают, вьпцелачивают разбавленной ,соляной кислотой, порошок сушат в вакууме.

Полученный порошок имеет насыпной вес 1,96 г/см, после утряски 15

2,56 г/см .

Гранулометрический состав порошка следующий, мас.%: 500 мкм 1,5 63-90 мкм 4,6

355-500 мкм 1,2 45-63 мкм 9,6 20

250-355 мкм 1,3 32-45 мкм 10,5

180-250 мкм 2,7 25-32 мкм 10,1

125-180 мкм 3,5 425 мкм 49,0

90-125 мкм 4,9

Химический состав порошка, мас.%:

Al 5,85, V 3,93, Fe 0,05, Si < 0,05, Н 0,008, N0,,0160,,С 0 07, О 0 11

Са 0,07, Mg 0,01, Ti остальное.

Порошок имеет частицы пластинчатого строения и однородную структуру с 30 преимущественным содержанием М -фазы и незначительным Р -фазы.

Пример 2. Получение сплава

TiA16V4.

1377,10 r Т10, 85,63 r A1209

65,60 г V,О < и 1034,52 г СаО (1:1) смешивают и отжигают при 1000 С в течение 18 ч. Продукт дробят до крупности менее 1 мм (насыпной вес 1,45 г/см, после утряски 2,28 г/смз, затем добавляют к 1000 r окисла

1051,62 r кальция — 1:1,2 моль) и

228,50 r KC104 (около 0,2 моль KC10+v на 1 моль порошка) смешивают и прес-, суют заготовки И 50 мм и высотой 4

30 мм.

Заготовки помещают в реактор, от-4 .качивают его до 10 мм рт.ст., о нагревают до 1300 С и проводят восстановление в течение 2 ч.

Пример 3. Получение сплава

TiA16V4.

1377,10 г TiO<, 85,63 r A1 0>, 65,60 r Ч О и 172,45 r СаО (6:1) о перемешивают и отжигают при 1300 С в течение 6 ч.

r;, ВНИИПИ Заказ 3720/59

Произв.-полигр. пр-тие, 612 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

1991,80 г кальция и 11,43 r KC10< (около 0,01 моль КС104 на один моль легированного порошка) и прессуют заготовки 9.50 мм и высотой 30 мм.

Заготовки помещают в реактор, от6 качивают до 10 мм рт. ст., нагревают о до 1000 С и восстанавливают в течение 8 ч.

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

Пример 4 ° Получение сплава

TiA1

1245,22 r TiOz, 38,0 r AlzO>, 207,5 r Vz 0<, 149,4 r ZrO, 23,1 r

SuO z и 1601, 2 r CaCO смешивают и о 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 r кальция и 162,3 г

КС104 (0,01 моль КС104 на 1 моль металлического легированного порошка), прессуют в заготовки Ф 50 мм и высотой 30 мм.

Заготовки помещают в реактор, откачивают его до 10 мм рт.ст. и восстанавливают при 1150 С в течение

8 ч. Продукт реакции измельчают, выщелачивают разбавленной соляной кислотой, порошок сушат в вакууме.

Полученный IIopogIQK имеет насыпной вес 2,68 г/см, после утряски

3, 13 г/см .

Гранулометрический состав порошка следуюший, мас. :

1,. 500 мкм 1,8

355-500 мкм 5,8 63-90 мкм 15,9

250-355 мкм 6,3 45-63 мкм 14,1

180-250 мкм 10,2 32-45 мкм 4,1

125-180 мкм 13,2 25-32 мкм .8,9

90-125 мкм 6,2 с25 мкм 12,9

Химический состав порошка, мас. :

Al 1,90, Ч 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

Р-фазы.

Тираж 757 Подписное г. Ужгород, ул. Проектная, 4