本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體說(shuō)，是涉及一種合金的制備方法，尤其是一種具有催化功能的鎳鋁基復(fù)相合金的制備方法。

背景技術(shù)：

由于復(fù)合的金屬間化合物——鎳鋁合金具有熔點(diǎn)高、密度小、比強(qiáng)度高、抗氧化性好、高溫強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于元素鋁和元素鎳之間獨(dú)特的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系，使其具有良好的催化性能。Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金作為其中一種理想的催化材料，具有加氫、脫氫、脫酸、氧化、甲烷化等作用，由于其催化性高、價(jià)格較同類(lèi)作用的催化劑低、導(dǎo)熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、對(duì)毒物不敏感等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、制藥、油脂、香料、染料、合成纖維等工業(yè)上。

固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器作為國(guó)內(nèi)外工程應(yīng)用的主要技術(shù)。流化床反應(yīng)器與催化劑——Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金塊體材料之間有嚴(yán)重的磨損，這是由于固體催化劑在流動(dòng)過(guò)程中的劇烈撞擊和摩擦，使得催化劑加速粉化，加上床層頂部氣泡的爆裂和高速運(yùn)動(dòng)、大量細(xì)粒催化劑被帶出，造成明顯的催化劑流失。為了減小磨損概率和磨損程度，需制備形狀規(guī)則的Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金。固定床反應(yīng)器更需要尺寸和形狀規(guī)則的Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金。

目前，采用鑄造方法制備形狀規(guī)則的Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金具有很大的難度。這是由于液態(tài)的Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金流動(dòng)性差，因而普遍采用普通鑄造方法制備大塊的鎳鋁基復(fù)相合金，通過(guò)破碎機(jī)破碎之后制備出形狀不規(guī)則的鎳鋁基復(fù)相合金。

目前常見(jiàn)的制備形狀規(guī)則的Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金主要采用油柱成型法、轉(zhuǎn)動(dòng)成型法、擠條成型法、壓片成型法等方法。但這些方法采用粉末作為原材料，添加粘結(jié)劑或溶膠通過(guò)燒結(jié)成型，粘結(jié)劑和溶膠殘留物可能會(huì)導(dǎo)致鎳鋁基復(fù)相合金中生成不好的組織和相，影響鎳鋁基復(fù)相合金的催化效果。另外，也存在粉末污染和粉末燃燒等安全隱患。如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)CN 105087983A公開(kāi)了一種鎳基合金錠的制備方法，該方法為：將鎳粉與金屬元素粉末混合均勻后壓制得到預(yù)燒結(jié)塊；將預(yù)燒結(jié)塊在氫氣保護(hù)條件下進(jìn)行燒結(jié) 處理得到預(yù)熔塊，將預(yù)熔塊置于中頻感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行中頻感應(yīng)熔煉處理，得到鎳基合金熔體，然后將所述鎳基合金熔體進(jìn)行澆鑄，得到熔煉電極；將熔煉電極置于真空電弧熔煉爐中進(jìn)行真空電弧熔煉處理，得到鎳基合金錠。雖然該發(fā)明結(jié)合中頻感應(yīng)熔煉處理和真空電弧熔煉處理的工藝過(guò)程制備得到鎳基合金錠，獲得的鎳基合金錠宏觀成分均勻且微觀結(jié)構(gòu)致密；但其工藝復(fù)雜，成本高，很難實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并且未能解決上述的粉末污染和粉末燃燒的安全問(wèn)題。又如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN 102896303B公開(kāi)了一種鎳基合金鑄錠及其制備方法，將鎳基合金鋼水澆注于鑄模內(nèi)，采用電弧裝置加熱該鑄模內(nèi)的鋼水，加熱完畢后，冷卻得鑄錠。該方法能夠大大縮短生產(chǎn)周期，節(jié)省輔助材料，節(jié)約大量能源，用該方法制備的鎳基合金鑄錠結(jié)晶狀態(tài)良好、合金純度高。同樣地，雖然其并未使用金屬粉末為原料，但液態(tài)的Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金流動(dòng)性較差，不易充型，仍然無(wú)法得到形狀規(guī)則、尺寸準(zhǔn)確的鎳鋁基復(fù)相合金塊體。

因此，需要找到一種安全有效地制備形狀規(guī)則的鎳鋁基復(fù)相合金的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種鎳鋁基復(fù)相合金的制備方法，可安全有效制備形狀規(guī)則的Al₃Ni相和Al₃Ni₂相的鎳鋁基復(fù)相合金。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種鎳鋁基復(fù)相合金的制備方法，是在真空下對(duì)原材料進(jìn)行壓力鑄造后得到鎳鋁基復(fù)相合金的方法，以得到內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密的鎳鋁基復(fù)相合金。

優(yōu)選地，上述方法包括如下步驟：

步驟a)取高純鋁與高純鎳置于真空下；

步驟b)加熱金屬獲得合金液；

步驟c)將步驟b所得合金液進(jìn)行壓力鑄造。

優(yōu)選地，真空下進(jìn)行壓力鑄造可采用現(xiàn)有技術(shù)中任一真空壓力鑄造設(shè)備，如真空電弧爐，在此不做贅述。

優(yōu)選地，上述方法在步驟a之前還可包括一步驟a0，將模具置于真空壓力鑄造設(shè)備中。

更優(yōu)選地，步驟a0的具體操作為：將制備鎳鋁基復(fù)相合金的金屬型模具裝配在真空電弧爐中的負(fù)壓吸鑄系統(tǒng)中。

進(jìn)一步，基于現(xiàn)有技術(shù)中的固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器，金屬型模具可按需求制作成模腔直徑5～15mm、長(zhǎng)度5～15mm，即φ為5～15mm×5～15mm。

優(yōu)選地，步驟a的具體操作為：將真空電弧爐開(kāi)機(jī)，將高純鋁和高純鎳放入真空電弧爐的坩堝中。

優(yōu)選地，步驟b的具體操作為：在真空電弧爐內(nèi)抽真空，沖入氬氣，通電引弧加熱，至金屬熔融，保溫時(shí)進(jìn)行磁力攪拌，換言之，為了使金屬液成分均勻，應(yīng)當(dāng)在保溫過(guò)程中進(jìn)行磁力攪拌。

更優(yōu)選地，步驟b中抽真空至真空度為2.0～5.0×10^-3MPa。

更優(yōu)選地，步驟b中沖入氬氣至真空度為0.5～0.65MPa。

更優(yōu)選地，步驟b中加熱至溫度為1500～1700℃，優(yōu)選為1600～1620℃。

更優(yōu)選地，步驟b中保溫0～5min，優(yōu)選為1～2min。

更優(yōu)選地，步驟b中磁力攪拌輸出電流為5～15A。

作為一種優(yōu)選實(shí)施方案，為了保證真空電弧爐內(nèi)的反應(yīng)順利進(jìn)行，步驟b中在真空電弧爐內(nèi)通電之前，可抽真空并沖入氬氣兩次，即在第一次抽真空并沖入氬氣后，再次進(jìn)行抽真空并沖入氬氣，此后再進(jìn)行通電以熔化金屬，從而進(jìn)一步減少爐內(nèi)的殘留空氣。

優(yōu)選地，步驟c的具體操作為：打開(kāi)內(nèi)澆道后，將步驟b所得合金液在壓力下吸鑄進(jìn)金屬型模具中，凝固。

更優(yōu)選地，步驟c中壓力為0.4～0.7MPa，優(yōu)選為0.5～0.65MPa。

本發(fā)明提供的鎳鋁基復(fù)相合金的制備方法，是按鎳鋁基復(fù)相合金的設(shè)計(jì)尺寸制備金屬型模具作為鎳鋁基復(fù)相合金的成型模具，將金屬型模具裝配在真空電弧爐中的負(fù)壓吸鑄系統(tǒng)中；抽真空后充入氬氣達(dá)到一定壓力，熔煉金屬液后進(jìn)行磁力攪拌，打開(kāi)內(nèi)澆道后金屬液在壓力下注入金屬型模具中，待金屬液凝固后取下金屬型模具，得到所需尺寸和形狀的鎳鋁基復(fù)相合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、本發(fā)明提供的鎳鋁基復(fù)相合金的制備方法，采用負(fù)壓金屬型模具鑄造方法制備形狀規(guī)則、尺寸準(zhǔn)確的鎳鋁基復(fù)相合金，達(dá)到φ5～15mm×5～15mm，可實(shí)現(xiàn)一模多鑄，并滿(mǎn)足各種固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器的需要。

2、本發(fā)明提供的鎳鋁基復(fù)相合金的制備方法，采用壓力鑄造，使得鎳鋁基復(fù)相合金的表面質(zhì)量好、內(nèi)部致密。

3、本發(fā)明提供的鎳鋁基復(fù)相合金的制備方法，摒棄了傳統(tǒng)工藝中采用粉末為原料的方式，化學(xué)成分更準(zhǔn)確，更安全有效。

綜上，采用本發(fā)明制備的鎳鋁基復(fù)相合金表面質(zhì)量好、化學(xué)成分準(zhǔn)確、塊體尺寸和形狀規(guī)則、成分均勻、微觀結(jié)構(gòu)致密、生產(chǎn)條件好、基本投資少、適合于多種尺寸的鎳鋁基 復(fù)相合金的生產(chǎn)；制備的鎳鋁基復(fù)相合金避免了普通鑄造后再進(jìn)行破碎的情況，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備的鎳鋁基復(fù)相合金塊體上存在大量不規(guī)則的棱角的缺陷，減小了與反應(yīng)器之間的磨損；制備所用原料不為粉末，生產(chǎn)環(huán)境安全，降低了風(fēng)險(xiǎn)，因此其應(yīng)用前景十分廣闊。

附圖說(shuō)明

圖1為采用本發(fā)明生產(chǎn)的鎳鋁基復(fù)相合金；

圖2為鎳鋁基復(fù)相合金的SEM組織形貌圖；

圖3為鎳鋁基復(fù)相合金的X衍射圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說(shuō)明。實(shí)施例中出現(xiàn)的試劑或儀器在具體實(shí)施方式中無(wú)如特殊說(shuō)明，均為市售，且按照其說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作，在此不作贅述。

一、實(shí)驗(yàn)材料

高純Ni，原子百分比>99.9％；

高純Al，原子百分比>99.9％；

純氬氣，純度>99.9％。

二、實(shí)驗(yàn)儀器

真空電弧爐，真空度為0～2.0×10^-3MPa，購(gòu)自沈陽(yáng)好智多新材料制備技術(shù)有限公司。

實(shí)施例1

以制備組分含量為鎳30％、鋁70％的鎳鋁基復(fù)相合金為例，包括以下步驟：

(1)裝模具：將直徑為5mm、長(zhǎng)度為5mm的金屬型模具裝配在真空電弧爐中的負(fù)壓吸鑄系統(tǒng)中；

(2)裝樣品：將真空電弧爐開(kāi)機(jī)，將按名義成分70Al-30Ni的高純Ni和高純Al(>99.9wt.％)放入真空電弧爐的坩堝中；

(3)抽真空：打開(kāi)真空閥，抽真空至真空度為2.0×10^-3MPa，再將真空閥擰緊；

(4)充氣：對(duì)真空電弧爐樣品室沖入氬氣至真空度為0.5MPa；

(5)重復(fù)步驟3至步驟4；

(6)真空電弧爐通電引弧熔化Ni和Al，持續(xù)加熱至金屬熔化后繼續(xù)加熱直至1600℃；

(7)對(duì)步驟6所得的液態(tài)金屬進(jìn)行保溫1min，同時(shí)進(jìn)行磁力攪拌，磁力攪拌輸出電 流為5A；

(8)打開(kāi)內(nèi)澆道，液態(tài)金屬在0.5MPa的壓力下注入φ5mm×5mm的金屬型模具中，同時(shí)，迅速降低電流，然后關(guān)閉電源，使合金凝固。

所得鎳鋁基復(fù)相合金塊體如圖1所示，本發(fā)明制備的鎳鋁基復(fù)相合金塊體尺寸和形狀規(guī)則，避免了普通鑄造后再進(jìn)行破碎的情況，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備的鎳鋁基復(fù)相合金塊體上存在大量不規(guī)則棱角的缺陷。

對(duì)上述鎳鋁基復(fù)相合金塊體進(jìn)行組織和相分析，所得SEM組織形貌圖和X衍射圖譜見(jiàn)圖2和圖3，如圖所示，所得合金塊體完全由Al₃Ni相和Al₃Ni₂相組成，組織分布均勻，微觀結(jié)構(gòu)致密。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的差別僅在于鎳鋁基復(fù)相合金中組分含量為鎳65％、鋁35％，步驟3中抽真空度至5.0×10^-3MPa，步驟4和步驟8中沖入氬氣至真空度為0.65MPa，步驟6中加熱溫度為1620℃，步驟7中保溫2min，磁力攪拌輸出電流為15A，吸鑄成φ15mm×15mm的規(guī)則塊體。

本實(shí)施例制備的鎳鋁基復(fù)相合金所得的組織和相分析與實(shí)施例1的結(jié)果存在一致性，在此不做贅述。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1的差別僅在于于鎳鋁基復(fù)相合金中組分含量為鎳67％、鋁33％，步驟3中抽真空度至3.0×10^-3MPa，步驟4和步驟8中沖入氬氣至真空度為0.55MPa，步驟6中加熱溫度為1610℃，步驟7中保溫1.5min，磁力攪拌輸出電流為10A，吸鑄成φ12mm×12mm的規(guī)則塊體。

本實(shí)施例制備的鎳鋁基復(fù)相合金所得的組織和相分析與實(shí)施例1的結(jié)果存在一致性，在此不做贅述。

綜上，采用本發(fā)明制備鎳鋁基復(fù)相合金，原料不為粉末，降低安全事故發(fā)生率，且鎳鋁基復(fù)相合金表面質(zhì)量好、塊體尺寸和形狀規(guī)則、成分均勻、微觀結(jié)構(gòu)致密、生產(chǎn)條件好、基本投資少、適合于多種尺寸的鎳鋁基復(fù)相合金的生產(chǎn)，制備的鎳鋁基復(fù)相合金塊體上沒(méi)有不規(guī)則的棱角，從而減小了與反應(yīng)器之間的磨損。

最后有必要在此說(shuō)明的是：上面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于 上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。