钛铝合金制备方法以及制备装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝热还原法制备钛铝合金的技术领域，尤其涉及一种钛铝合金制备方法以及相应的制备装置。
【背景技术】
[0002]钛具有重量轻、比强度高以及良好的耐高温、抗腐蚀性等优点，被誉为“太空金属”、“未来金属”和“第三金属”。纯钛的机械性能和加工性好，但是含有0、C、N时会降低其塑性。由于液态金属钛几乎能溶解所有金属形成各种合金，钛铝合金受到国内外学者的广泛关注。铝热还原法作为高温自蔓延法中一种方法，被广泛应用于合金的制备。如T1-Fe合金、T1-Al合金等。铝热还原法反应剧烈，在制备T1-Fe合金和T1-Al合金时，在反应过程中当热量过多时则会产生大量喷溅，对人身及设备安全构成威胁，且在热力学角度上过高的温度也不利于钛的还原，还会造成钛原料大的浪费；但是如果热量较少时虽能维持反应的进行并减少了喷溅，但是会造成熔渣黏度增大，流动性降低，从而造成了渣-金不能很好分离，尤其是在制备T1-Al合金时，由于合金与熔渣密度差较小，金-渣分离效果差，炉渣中夹带T1-Al合金，造成了钛的浪费，钛回收率降低。
[0003]目前，应用铝热还原法制备钛铝合金的反应炉一般为静止放置，待铝热反应触发后靠反应放出的热量使反应以自蔓延方式进行，过程中没有人为干扰。待反应结束自然冷却后，再取出合金和熔渣。这种方法制备的钛铝合金与炉渣分离的不彻底，金属中存在大量的非金属夹杂物，大大降低了钛的回收率，所以还需要进行二次熔炼分离和精炼。二次熔炼分离和精炼中为了减少金属中的氧含量，在反应过程中通入氩气，以起到一定的保护作用。但是氩气价格昂贵，使生产成本增加。
[0004]为了使反应结束后熔融的熔渣和合金能够得到良好分离，也有应用电铝热法制备T1-Al合金，使反应结束后熔渣和合金保持一定温度，不会因为温度下降使熔渣黏度增加、流动性下降，从而使渣-金顺利分离。但是，由于铝热还原法反应剧烈，延长保温时间则增加了 0、C、N等杂质侵入合金的机率。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是提供一种可提高渣-金分离效果和钛铝合金质量的钛铝合金制备方法以及相应的制备装置。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:钛铝合金制备方法，在超重力系统环境下进行铝热还原反应制备钛铝合金。
[0007]进一步的是:包括用于进行铝热还原反应的反应罐和超重力产生系统，所述反应罐置于由超重力产生系统产生的超重力系统环境下。
[0008]本发明还包括一种用于上述钛铝合金制备方法的钛铝合金制备装置，包括用于进行铝热还原反应的反应罐，还包括超重力产生系统，所述超重力产生系统包括支撑架、中心转轴、旋转横臂和驱动机构；所述支撑架包括下支撑板和上盖板；所述中心转轴竖直设置，其上端通过轴承与上盖板可转动连接，其下端通过轴承与下支撑板可转动连接；所述旋转横臂设置在下支撑板和上盖板之间，并且与中心转轴固定连接；所述驱动机构的驱动端与中心转轴传动配合；所述反应罐通过钢丝绳挂接在旋转横臂上远离中心转轴的自由端部上。
[0009]进一步的是:所述旋转横臂具有两自由端部，旋转横臂的中部与中心转轴固定连接，并且旋转横臂的两自由端部相对中心转轴对称分布；所述反应罐通过钢丝绳挂接在旋转横臂的其中一自由端部上，在旋转横臂的另一自由端部上设置有通过钢丝绳挂接的配重罐，所述配重罐的重量与反应罐的重量一致。
[0010]进一步的是:所述驱动机构为无极调速电机。
[0011]进一步的是:在旋转横臂的自由端部上沿旋转横臂的轴向设置有多个钢丝绳挂接部。
[0012]进一步的是:还包括套筒，所述套筒套在中心转轴上，并可沿中心转轴轴向上下移动调节，所述旋转横臂与套筒固定连接。
[0013]进一步的是:在套筒上设置有套筒定位孔，在中心转轴上设置有多个沿中心转轴轴向分布的与套筒定位孔相配的调节孔；套筒定位孔与调节孔螺栓连接或者销轴连接。
[0014]进一步的是:反应罐内部的腔体由一个倒立的圆锥台和一个半球形组合而成；在反应罐上还设置有温度检测器；在反应罐的口部设置有封盖，在封盖上设置有排烟孔。
[0015]进一步的是:所述上盖板为可开启结构，在上盖板上设置有提手和观测孔；连接下支撑板与中心转轴的轴承为滑动轴承。
[0016]本发明的有益效果是:由于将铝热还原反应设置在超重力系统环境下进行，不但能强化反应过程中传质、传热过程，还能增强熔融渣-金的分离效果，降低了钛资源的浪费；同时减少钛铝合金中杂质元素的侵入机率；另外，还能在一定程度上增加钛铝合金的致密度，甚至可以不用后续的二次精炼分离就可得到质量较高的钛铝合金，降低生产成本。本发明所述的钛铝合金制备装置，其结构简单，并且可根据需要对超重力系数进行调节，且其调节过程简单，仅需调整电机转速或者调整反应罐连接到旋转横臂的位置即可，在必要时可二者共同调节。
【附图说明】
[0017]图1为本发明所述的钛铝合金制备装置的结构示意图；
[0018]图中标记为:驱动机构1、连接法兰2、螺钉3、轴承41、轴承42、中心转轴5、套筒6、套筒定位孔7、配重罐8、反应罐9、温度检测器10、封盖11、钢丝绳挂接部12、旋转横臂13、下支撑板14、提手15、观测孔16、上盖板17、钢丝绳18。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明；当然，本发明并不限于以下具体的实施例，在不背离本发明实质内容的情况下，熟悉本领域的技术人员在没有付出创造性劳动的情况下根据本发明做出各种相应的改变或变形，都属于本发明所要求的保护范围内。
[0020]如图1所示，本发明所述的钛铝合金制备装置，包括用于进行铝热还原反应的反应罐9，还包括超重力产生系统，所述超重力产生系统包括支撑架、中心转轴5、旋转横臂13和驱动机构I ;所述支撑架包括下支撑板14和上盖板17 ;所述中心转轴5竖直设置，其上端通过轴承41与上盖板17可转动连接，其下端通过轴承42与下支撑板14可转动连接；所述旋转横臂13设置在下支撑板14和上盖板17之间，并且与中心转轴5固定连接；所述驱动机构I的驱动端与中心转轴5传动配合；所述反应罐9通过钢丝绳18挂接在旋转横臂13上远离中心转轴5的自由端部上。
[0021]其中超重力产生系统的作用是为反应罐9产生超重力场环境，这样可使在反应罐9中进行铝热反应制备钛铝合金的过程处于超重力场环境下，以此提高渣-金的分离效果，同时提尚钦招合金质量。
[0022]本发明中超重力产生系统可以产生超重力环境的原理为采用离心式原理；当驱动机构I带动中心转轴5转动，进而带动旋转横臂13以及反应罐9绕中心转轴5的轴心转动，这样既可产生离心力作用，使得反应罐9处于超重力场环境下。并且，其超重力系数可通过调节驱动机构的转速进行调节；为了便于调节驱动机构1，可设置驱动机构I为无极调速电机。当然，也可通过在旋转横臂13的自由端部上沿旋转横臂13的轴向设置有多个钢丝绳挂接部12，通过将钢丝绳18与不同的钢丝绳挂接部12进行连接，即使在相同的转速下也可得到不同的超重力系数，以达到对超重力系数的调节效果。
[0023]另外，优选的，可将旋转横臂13的中部与中心转轴5