航空航天级钒铝中间合金制备工艺研究

摘要

钒铝中间合金是制备含钒钛合金及金属钒的主要原材料，随着近年来我国的经济发展和国家在航空航天领域以及国防领域的实力提升，含钒钛合金及金属钒的用量将会大大增加，钒铝中间合金的发展也将具有很大潜力。
　　国内普遍的工艺是采用石墨坩埚铝热法来制备钒铝中间合金。但是由于工艺本身的特性导致反应后的钒铝中间合金与渣分离的效果不好，同时钒铝中间合金中的碳含量也偏高，极大的浪费了资源，在某种程度上也限制了钒铝中间合金的应用。
　　钒铝中间合金是制造航空航天用钛合金的关键原料，而国内生产的航空航天材料还在沿用旧的生产模式。基于成本以及资源的角度，需要探索出一种更好的制备工艺来解决现有生产存在的问题，其意义在于更高效的发挥我国的资源优势，最大化创造社会经济效益。
　　本文详细分析了目前在世界航空航天领域广泛应用的钛合金添加剂——钒铝65∶35中间合金的研究制备现状，试验采用了经过改良的铝热法，使用五氧化二钒和铝粉作为主要原料，采用了三氧化二铝制作的坩埚作为反应容器，可以有效的提高渣与合金分离效果。首先探讨了钒铝65∶35中间合金的原材料要求，反应容器——三氧化二铝坩埚的制作方案，分别在三组试验数据中选取了一组最优的作为试验方案，即采用4种粒度三氧化二铝比例为3-5mm∶1-3mm∶0.3-1mm∶＜0.3mm=1∶2∶3∶4，碳酸钠粘结剂浓度为15％，烧结曲线温度总时间270分钟作为最终的坩埚制作方案。其次通过配方计算来确定反应所需的热量。通过三组铝过量值的对比数据，最终确定了反应的铝过量值与热量，即铝过量值5％，最终反应热为-3500±2kJ/kg。最后对制备的钒铝65∶35中间合金进行了化学成分分析、SEM分析、EDS分析以及XRD的分析，观察并研究了航空航天级钒铝65∶35中间合金的内部形貌以及不同成分对组织的影响。从而最终确定了钒铝65∶35中间合金的最佳生产工艺。
　　试验的结果表明:使用改良的铝热法生产且采用三氧化二铝坩埚制备的钒铝65∶35中间合金可以满足试验设计要求，即主元素钒值位于60-70％之间，铝值位于30-40％之间，杂质元素均符合设计要求。合金冷却时的相以钒固溶体为主，其次是少量的Al8V5相。将铝过量提高至5％，制备出的钒铝65∶35中间合金夹杂较少。经过最终的三光检测线检测未发现夹杂物及高密度污染物。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钒

1．1．1 钒的历史

1．1．2 钒的物理性质

1．1．3 钒的化学性质

1．1．4 钒的应用

1．1．5 发展前景

1．2 中间合金

1．2．1 中间合金的分类

1．2．2 中间合金的生产工艺

1．2．3 中间合金未来展望

1．3 航空航天级钒铝中间合金

1．4 熔炼坩埚

1．5 本课题研究依据与研究内容

第二章 试验材料、工艺方案以及试验设备

2．1 试验材料

2．1．1 反应原料的选择

2．1．2 制作坩埚原料选择

2．1．3 点火剂的选择

2．2 熔炼工艺

2．2．1 原辅料采购和检验

2．2．2 反应(容器)坩埚制备

2．2．3 配料

2．2．4 混料

2．2．5 反应

2．2．6 合金与炉渣分离

2．2．7 钒铝中间合金制备工艺流程

2．3 试验设备

第三章 结果与讨论

3．1 坩埚的制作及烧结

3．1．1 三氧化二铝粒度配比对坩埚性能的影响

3．1．2 碳酸钠粘结剂浓度对坩埚性能的影响

3．1．3 烧结曲线对坩埚性能的影响

3．2 反应配方对熔炼的影响

3．2．1 熔炼配方的理论数据

3．2．2 反应配方计算

3．2．3 合金的取样方法的确定

3．2．4 铝过量对产品的影响

3．2．5 反应热值对产品的影响

3．3 量产验证

3．3．1 外观质量

3．3．2 化学成分分析

3．3．3 带EDS的SEM分析

3．4 钒的回收率

3．5 终产品的三光检测

结论

参考文献

致谢