專利名稱：一種用于精煉鈦和鈦合金熔液的電化學(xué)脫氧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于精煉鈦和鈦合金熔液的電化學(xué)脫氧方法，屬于冶金精煉工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦合金因其具有比強(qiáng)度高，耐腐蝕性能好等優(yōu)異特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工等特殊行業(yè)。但鈦合金熔煉過程中的工藝控制對(duì)其偏析規(guī)律影響很大，如何減少成分偏析從而得到理想的鈦錠組織成為鈦合金發(fā)展中的難題。在高溫下，鈦與N、H、O等間隙元素的親和力很強(qiáng)，隨著氧含量增加，鈦合金沖擊韌性、斷面收縮率和伸長(zhǎng)率急劇下降，對(duì)鈦合金造成嚴(yán)重的污染；并且氧在鈦中溶解是不可逆過程，制備材料時(shí)應(yīng)足夠重視。冶金過程中用于重熔的目的在于生產(chǎn)致密、無缺陷、成分均勻，具有所要求的化學(xué)成分、尺寸和晶粒結(jié)構(gòu)的鑄錠，但這一過程也不可避免地引入雜質(zhì)，傳統(tǒng)的脫氧方法不可避免地引入大量的非金屬夾雜物，很大程度上影響了合金的使用性能。本專利根據(jù)電化學(xué)原理，通過外加電源促使金屬液中氧離子發(fā)生定向遷移，在熔池中產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，透過固體透氧膜在陽(yáng)極聚集，并通過木棒導(dǎo)管移出，達(dá)到脫氧的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便，且快速有效的鈦合金熔體脫氧凈化工藝。本發(fā)明一種用于精煉鈦和鈦合金熔液的電化學(xué)脫氧方法，其特征在于具有以下過程以自制的氧化釔坩堝為反應(yīng)容器熔煉鈦合金，通過插入石墨棒也即為陰極和用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管，并以鋯管內(nèi)的碳飽和銅液為陽(yáng)極，由外加直流電源施加電場(chǎng)，并在實(shí)現(xiàn)氣氛控制的條件下，控制氧離子在金屬液中的傳導(dǎo)方向和速度以及增強(qiáng)溶解氧在金屬液中的傳質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)金屬液的無污染脫氧精煉；氧化釔坩堝及反應(yīng)容器放在傳統(tǒng)通用的真空高溫爐中，沖入氬氣至KT2Pa ;直流電源供給裝置的輸出電壓為O. Γ5ν的恒壓電源，熔煉溫度為1350°C 1650°C，反應(yīng)時(shí)間為4tT8h ;最終完成電化學(xué)脫氧過程。本發(fā)明一種用于精煉鈦和鈦合金熔液的電化學(xué)脫氧方法的專用裝置。包括有Mo棒導(dǎo)桿、碳飽和銅液、SOM管、真空熔煉爐、氧化釔坩堝、石墨棒、石墨坩堝、合金樣品及直流電源輸入端；其特征在于脫氧精煉裝置部分置于真空熔煉爐內(nèi)，爐內(nèi)為真空后充入氬氣氣氛；氧化釔坩堝置于石墨坩堝內(nèi)，在氧化釔坩堝內(nèi)的金屬液中插入石墨和充滿碳飽和銅液的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管，碳飽和銅液中插入鑰棒導(dǎo)桿；石墨坩堝帶蓋，且在石墨坩堝蓋與陰極、陽(yáng)極間加絕緣剛玉套管密合。所述的熔煉用氧化釔坩堝，該材料由Y2O3和5 20mol%Ca0組成，并且需要加入以下至少一種粘結(jié)劑石蠟，或丙三醇和無水乙醇，燒結(jié)溫度為1200°C 1500°C。所述的陰極為石墨棒，形狀為圓棒或平板；陽(yáng)極為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管內(nèi)的碳飽和銅液；鑰棒導(dǎo)桿形狀為圓棒或平板；電極可做成致密結(jié)構(gòu)，也可以是多孔疏松結(jié)構(gòu)；所述的固體透氧膜(SOM)即氧化鋯管，該管材料由ZrO2和f 15mol%Y203組成，并且需要加入以下至少一種粘結(jié)劑石蠟，或丙三醇和無水乙醇，燒結(jié)溫度為1400°C 1700°C。


圖I電化學(xué)脫氧裝置原理簡(jiǎn)圖(其中l(wèi)-Mo棒導(dǎo)桿，2-絕緣剛玉套管，3-碳飽和銅溶液，4-S0M管即氧化鋯管，5-氧化釔坩堝，6-石墨棒，7-石墨坩堝蓋，8-石墨坩堝，9-鈦合金樣品)
圖2氧化釔坩堝實(shí)物圖
圖3氧化鋯管實(shí)驗(yàn)前后形貌對(duì)比(a)實(shí)驗(yàn)前(b)試驗(yàn)后
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述如下實(shí)施例將如圖I所示的電化學(xué)脫氧裝置放在常規(guī)通用的真空高溫爐中，緩慢升溫，同時(shí)不斷抽真空，當(dāng)升溫至1000°c時(shí)停止抽真空，向爐內(nèi)反充入高純氬氣至10_2Pa，之后繼續(xù)升溫至1400°C保溫。然后用可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源向陰極和陽(yáng)極間加載恒直流電壓2. 8V，在
2.8V的電壓下電解，并記錄回路電流。隨著電解進(jìn)行，電解電流逐漸減小，當(dāng)電解至3. 5h時(shí)，電流突然降低，降至幾乎為0，鈦合金樣品即完成鈦合金的電化學(xué)脫氧過程中氧含量很低，不再有02_遷移產(chǎn)生電流。電解結(jié)束后，冷至室溫取出產(chǎn)物，經(jīng)洗滌、干燥后稱重。為便于比較電化學(xué)脫氧的效果，設(shè)置了一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，即將氧化釔坩堝置于真空高溫爐中，不加載直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行鈦合金熔煉實(shí)驗(yàn)，而不加電流進(jìn)行電化學(xué)脫氧。表I為脫氧實(shí)驗(yàn)前后氧含量對(duì)比。表I電化學(xué)脫氧后鈦合金中氧含量對(duì)比
鈦合金O含量(wt%)脫氧后O. 11熔煉后O. 1權(quán)利要求
1.一種用于精煉鈦和鈦合金熔液的電化學(xué)脫氧方法，其特征在于具有以下過程以自制的氧化釔坩堝為反應(yīng)容器熔煉鈦合金，通過插入石墨棒也即為陰極和用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管，并以鋯管內(nèi)的碳飽和銅液為陽(yáng)極，由外加直流電源施加電場(chǎng)，并在實(shí)現(xiàn)氣氛控制的條件下，控制氧離子在金屬液中的傳導(dǎo)方向和速度以及增強(qiáng)溶解氧在金屬液中的傳質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)鈦和鈦合金熔液的無污染脫氧精煉；氧化釔坩堝反應(yīng)容器放在傳統(tǒng)通用的真空高溫爐中，沖入氬氣至10_2Pa ;直流電源供給裝置的輸出電壓為O. f5V的恒壓電源；脫氧溫度為13500C 1650°C，反應(yīng)時(shí)間為4tT8h ;最終完成電化學(xué)脫氧過程。
2.一種用于精煉鈦和鈦合金熔液的電化學(xué)脫氧方法的專用裝置，包括有Mo棒導(dǎo)桿(1)，絕緣剛玉套管(2)，碳飽和銅液(3)，SOM管即氧化鋯管(4)，氧化釔坩堝(5)，石墨棒(6)，石墨坩堝蓋(7)，石墨坩堝(8)，鈦合金樣品(9);其特征在于脫氧精煉裝置部分置于傳統(tǒng)通用的真空熔煉爐內(nèi)，爐內(nèi)抽真空后充入氬氣氣氛；氧化釔坩堝(5)置于石墨坩堝(8)內(nèi)，在氧化釔坩堝(5)內(nèi)的金屬液中插入石墨(6)和充滿碳飽和銅液(3)的用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管(4)，碳飽和銅液(3)中插入鑰棒導(dǎo)桿(I);石墨坩堝(8)帶蓋，且在石墨坩堝蓋(7)與陰極、陽(yáng)極間加有絕緣剛玉套管(2)密合。
3.上述熔煉用氧化釔坩堝，該材料由Y2O3和5 20mol%Ca0組成，并且需要加入以下至少一種粘結(jié)劑石蠟，或丙三醇和無水乙醇，燒結(jié)溫度為1100°C 1500°C。
4.上述陰極為石墨棒，形狀為圓棒或平板；陽(yáng)極為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管內(nèi)的碳飽和銅液；鑰棒導(dǎo)桿形狀為圓棒或平板；電極可做成致密結(jié)構(gòu)，也可以是多孔疏松結(jié)構(gòu)。
5.上述固體透氧膜(SOM)即氧化鋯管，該管材料由ZrO2和f15mol%Y203組成，并且需要加入以下至少一種粘結(jié)劑石蠟，或丙三醇和無水乙醇，燒結(jié)溫度為1400°C 1700°C。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于精煉鈦和鈦合金熔液的電化學(xué)脫氧方法，屬于冶金精煉工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特點(diǎn)是以氧化釔坩堝為反應(yīng)容器，采用石墨棒作為陰極，陽(yáng)極為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管內(nèi)的碳飽和銅液。其中固體透氧膜為自制的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管。將自制的氧化釔坩堝置于帶蓋的石墨坩堝中，在石墨坩堝蓋與陰極、陽(yáng)極間加絕緣剛玉套管，采用高純工業(yè)氬氣作為保護(hù)氣體。通過外加電源向陰極陽(yáng)極間加載恒定電流，隨著高溫下溶液中電解的進(jìn)行造成O2-離子的遷移，達(dá)到脫氧凈化金屬液的目的。
文檔編號(hào)C22B34/12GK102943182SQ20121049998
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者姜敏, 李重河, 魯雄剛, 張釗, 周菲菲, 萬怡猛, 吳廣新, 張東, 何文英, 何建平 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 上海晉拓金屬制品有限公司