一種富金屬組分的制造方法和由其制得的鈦合金粉末技術

公開了一種從金屬基復合物中制造富金屬組分的方法，該方法包括：ａ）通過加熱含有金屬相和／或金屬互化相的金屬基復合物使該金屬基復合物增大；ｂ）粉碎所述復合物。得到不同粒徑的組分；ｃ）分離并收集該不同粒徑的組分，所述組分包括含有富金屬組分的金屬互化相。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種富金屬組分的制造方法和由其制得的鈦合金粉末。具體而言，本專利技術涉及從包括金屬的復合材料中分離該金屬組分的方法。
技術介紹
鈦合金已經被廣泛用于制造飛機部件，醫用植入物和化學加工機械和結構中。還能用鈦合金代替鋼制造汽車部件，但是這種應用受到成本因素的嚴重局限。高成本的原因主要是從精礦回收鈦所用的間歇處理方法的成本高，以及涉及鈦的熔化和合金化的技術困難。傳統的鈦制造方法，即Kroll方法，涉及TiO2和焦碳形式的碳在氯氣中于800℃的溫度反應，形成TiCl4和一氧化碳。反應中生成的氯化鈦(TiCl4)以液態存在，必須通過蒸餾提純。將液體引入裝有680℃到750℃鎂熔體的熔爐中，形成氯化鎂(MgCl2)和純鈦。MgCl2是氣體，而鈦是海綿狀固體。通過蒸餾或用鹽酸瀝浸提來純化該海綿體。可以通過電解方法再循環氯化鎂。由該方法形成的鈦海綿能通過真空電弧熔融或其他這類熔融方法，被進一步加工成商用純度的鈦或鈦合金。如果需要鈦或鈦合金粉末，則要將鈦或鈦合金加熱到超過鈦/合金熔體的制造溫度(1650℃)。使其霧化成液滴，然后固化成粉末。該方法的局限性包括其復雜性以及使用了氯和鎂。該方法涉及若干高溫步驟，需要大量能量。這導致鈦和鈦合金的高成本。使用氯導致該方法不利于環境。鎂金屬很昂貴，因此該方法中使用鎂也導致了鈦的高成本。該方法的結果是，鈦合金粉末的成本在每公斤40美圓左右。美國專利6264719(Zhang等人)公開了鈦合金基分散強化的復合物及其制造方法。該專利公開了干法高能強化機械研磨在鈦基金屬基質復合物(MMC)制造方法中的應用。MMC是傳統硬質工程合金與高強度第二相材料的復合物，可以是氧化物，氮化物，碳化物或金屬互化物。氧化物分散強化(ODS)合金是MMC的一種。它們是硬質工程合金與氧化物細分散體的復合物。通常，為了獲得要求的分散性，必須含有不超過10％體積分數的氧化物第二相，其粒度度是數10納米。美國專利6264719公開了以降低的成本制造鈦基MMC的方法，但是沒有公開分離MMC中不需要的組分，從而將復合物中某些組分的含量調節到要求濃度的方法。使用這種方法能回收包括除Ti之外的其他金屬組分也是其優點。所有文件，包括說明書中引用的所有專利或專利申請，都參考結合于此。并不認為這些參考文獻構成現有技術。參考文獻的討論說明了其作者的主張，申請人保留質疑引用文件準確性和相關性的權利。能很清楚地認識到，雖然存在大量相關的現有技術文件，但是并不認為這些參考文獻成為新西蘭或任何國家中現有技術的公知常識部分。術語“包括”在各種權限內被用于排除或包含的含義。在本說明書中，除非另有說明，否則術語“包括”具有包含的含義，即表示不僅包含所列出的直接引用部分，還包含其他未明示的部分或要素。在方法或過程的一個或多個步驟中使用術語“構成”或“包括”時也要應用該原則。專利技術目的本專利技術的目的在于解決現有技術中的問題，或者至少為公眾提供有用的選擇。由僅以舉例的方式進行的描述，本專利技術的其他方面和優點是顯而易見的。專利技術概述本專利技術一方面提供了一種從金屬基復合物中分離組分的方法，該方法包括增大一種組分粒度和從復合物的其他組分中分離該粒度增大組分的步驟。優選將金屬基復合物加熱到大約1500℃和1650℃之間的溫度。優選將金屬基復合物在大約1500℃和1650℃之間的溫度下保持大約0.5小時到10小時。優選使該組分的粒度增大到約15微米到100微米。優選金屬基復合物是一種由至少兩種組分構成的金屬基質復合物，其中的一種組分是金屬。優選金屬是鈦，釔或銅。更優選該金屬是鈦。優選金屬基復合物是金屬基質和非金屬增強組分的組合。優選非金屬組分是一種陶瓷材料。優選金屬基復合物是一種金屬陶瓷復合物，其主要組分超過該復合物的大約50％。優選構成金屬基復合物的材料或物相包括金屬相，金屬互化相，氧化物，氮化物，碳化物或硅酸鹽。優選金屬相，金屬互化相和氧化物包括Ti(Al，O)，Ti3Al(O)和TiAl(O)和Al2O3。為了易于參考說明書，將Ti(Al，O)，Ti3Al(O)和TiAl(O)統稱為TixAly(O)。不應當認為該術語是限制性的。優選金屬基復合物中的粒度增大組分是Al2O3。優選通過熱處理使Al2O3顆粒粗化，增大Al2O3的平均粒度。優選在處理之后粉碎和/或研磨復合物，使某一組分的粒度小于其他組分。優選在惰性環境中進行研磨，例如在氬氣或真空條件下。優選對研磨時間進行限制，從而使該粒度增大組分的縮小程度最小。優選將粉末與表面活性劑和水混合，形成懸浮液。優選通過篩分，沉降，電泳，靜電方法，化學浸提，或類似方法分離組分。本專利技術另一方面通過上述方法提供了富鈦粉末。優選富鈦粉末中Al2O3的含量小于30％，更優選小于15％。優選鈦相中的氧含量小于1.5原子％。優選重復分離過程，使粉末中的Al2O3體積分數小于約30％。優選將粉末與還原劑反應，使金屬相中的氧含量低于約1.5原子％。優選使粉末中的Al2O3體積分數減小至低于約10％，并使粉末與稀土金屬反應。附圖簡要說明通過以下僅作為舉例的說明并參考附圖，本專利技術的其他方面是顯而見的，其中附附圖說明圖1所示是Ti(Al，O)/Al2O3復合物的微觀結構，該復合物是在(a)1550℃下3小時和(b)1650℃下4小時的不同溫度條件下低壓燒結Al/TiO2復合粉末而制得的。淺色相是Ti(Al，O)，深色相是Al2O3。專利技術具體說明本申請廣義涉及從復合材料中分離金屬。雖然有已知方法能達到這個目的，但是這些方法都存在一些缺點，需要替代的方法。例如，美國專利6264719中所述從鋁和二氧化鈦粉末制備TixAly/Al2O3復合物的燃燒反應導致形成Al2O3顆粒和富鈦金屬或金屬互化相。鈦金屬或金屬互化相是Ti(Al，O)，即Al和氧在鈦中的固溶體，或者是Ti3Al(O)或TiAl(O)，即含有溶解氧的鈦鋁互化物，或這些相的混合。美國專利6264719中所公開方法的缺點是，TixAly/Al2O3復合物中Al2O3組分的體積分數太高，大于約45％。雖然Al2O3是金屬陶瓷復合物的要求組分，但是通常要求使其體積分數降低到小于約30％，更優選是15％。降低復合物中的Al2O3體積分數，能提高金屬陶瓷復合物的機械性能，例如延展性和斷裂韌性。更重要的是，使Al2O3的體積分數降低至小于15％或更優選至10％，能利用鈣，氫化鈣或其他適用還原劑，將TixAly/Al2O3粉末進一步還原成鈦鋁互化物中的鈦合金，從而提供另一種制備高值鈦基金屬材料的途徑。該方法還能被用于從包括其他金屬氧化物(例如Cu2O；Y2O3)的復合物中分離銅或釔等金屬。發現通過加熱處理使Al2O3顆粒粗化，Al2O3的平均粒度有所增加。如圖1中所示。具體參考鈦復合物和圖1，將TixAly/Al2O3復合物物塊加熱到大約1500℃到1650℃之間的溫度，并在該溫度下保持大約0.5到10小時，使Al2O3顆粒顯著粗化。Al2O3的粒度增加到大約15-100微米的范圍。顯然能采用超過1650℃的溫度，但是該溫度事實上是不實用的。通過試驗能很容易確定上限和下限。本專利技術中術語“顆粒”應該理解為構成材料的各嵌入顆粒，這是本領域技術人員已知的術語。固體中顆粒的形狀通常受到周本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種由金屬基復合物制造富金屬組分的方法，該方法包括：ａ）通過加熱含有金屬相和／或金屬互化相的金屬基復合物使該金屬基復合物增大；ｂ）粉碎所述復合物。得到不同粒徑的組分；ｃ）分離并收集該不同粒徑的組分，所述組分包括含有富 金屬組分的金屬互化相。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：D張，G阿達姆，J梁，
申請(專利權)人：鈦坦諾克斯發展有限公司，
類型：發明
國別省市：NZ[新西蘭]