【摘 要】
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Ti-6Al-4V是目前为止钛工业应用最广泛的钛合金,超过钛的总用量的50%,被认为是钛工业的“基层”。Ti-6Al-4V是一种α+β相合金,可以通过热处理来达到适中的强度。Ti-6Al-4V具有硬度好、重量轻、耐腐蚀和可塑性好的特点,广泛地应用于航空、航海等工业。本论文分别对以Al粉为还原剂,Na2TiF6和V粉为原料铝热还原制备Ti-6Al-4V及以Al和Al-V为还原剂制备Ti-6Al-4V
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(51674076)“二段铝热制取钛粉/钛铝合金粉的基础研究”;
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Ti-6Al-4V是目前为止钛工业应用最广泛的钛合金,超过钛的总用量的50%,被认为是钛工业的“基层”。Ti-6Al-4V是一种α+β相合金,可以通过热处理来达到适中的强度。Ti-6Al-4V具有硬度好、重量轻、耐腐蚀和可塑性好的特点,广泛地应用于航空、航海等工业。本论文分别对以Al粉为还原剂,Na2TiF6和V粉为原料铝热还原制备Ti-6Al-4V及以Al和Al-V为还原剂制备Ti-6Al-4V的工艺进行研究,对含钛冰晶石的二段铝热还原分离钛与冰晶石的工艺进行研究,得出主要研究结果如下:氟化物的饱和蒸气压计算表明,在1100℃以上的温度下进行真空蒸馏可将氟化盐电解质与钛合金分离出来。在以铝粉为还原剂,金属钒为添加剂制备Ti-6Al-4V合金粉的过程中,铝热还原反应在660℃左右发生。随着还原温度的升高,合金的收得率增加,合金中铝的质量分数减少,钛的质量分数增加,副产品含钛冰晶石中钛的质量分数总体呈增加趋势;随着还原时间的延长,合金的收得率呈增加趋势,合金中铝的质量分数减少,钛的质量分数呈增加趋势,副产品含钛冰晶石中钛的质量分数增加;随着铝粉过量系数的增加,合金的收得率呈增加趋势,合金中铝的质量分数增加,钛的质量分数呈减少趋势,副产品含钛冰晶石中钛的质量分数减少;添加剂氟化钠对副产物中钛含量的影响较大,当氟化钠添加量较少时,副产物中生成较多量的单冰晶石。氟化钠化学计量系数n=6时,主要生成冰晶石。单冰晶石熔点低且饱和蒸气压高容易导致副产物的损失。随着氟化钠计量系数的增加,合金的收得率呈增加趋势,合金中铝的质量分数增加,钛的质量分数呈减少趋势,副产品含钛冰晶石中钛的质量分数增加。以金属钒为添加剂获得的Ti-6Al-4V粉制取的合金中含钒物相分布不均匀。在1200℃、还原时间为90 min、Al粉过量系数为2%和氟化钠的化学计量数为6时,即可得到铝钒成分符合国家标准的合金产品。在以铝和铝钒合金为还原剂制备Ti-6Al-4V过程中,还原条件对合金的影响基本与以铝和钒为原料制备Ti-6Al-4V的过程相似,但制取的Ti-6A1-4V中钒的分布相对比较均匀。使用含钛冰晶石进行二段铝热还原的实验表明:在还原温度为1050℃、Al粉与含钛冰晶石按质量比为1:1配比、保温时间为30 min的条件下进行铝热还原实验可得到AlTi合金,此时消耗的铝量较少,且冰晶石中钛的质量分数达到了国家标准。
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