专利名称：铬等高纯金属元素的制造方法
技术领域：
本发明涉及高纯金属或金属合金，特别是金属铬的一种制造方法。
背景技术：
工业要求数量不断增加的高纯金属和金属合金用于制造金属部件。
在文献EP-0 102 892中，申请人描述了各种具有高纯度的金属和合金，特别是铬的一种制造方法。该方法包括以下步骤a)制备一种金属或金属合金，其中的非金属杂质主要是基底金属的氧化物；b)将制成的金属或金属合金研碎并将研碎的金属或金属合金与一种造粒剂和一种还原剂混合以制成丸粒；和c)对这些丸粒进行真空还原处理，调节处理时的压力和温度条件，从而使还原剂对非金属杂质产生作用并使被处理的金属或合金金属几乎不产生升华。
作为例子，该方法毫不费力地制得含氧总量不超过300份每百万(ppm)至400ppm的产物，氧的存在形式是大约200ppm至300ppm的含100ppm至150ppm氧的氧化铝和最多约500ppm的含大约150ppm氧的未还原氧化铬。由此，这种铬具有高纯度而且适用于制造高温合金，该高温合金可特别用于制造航空涡轮发动机的贵重部件。
该方法已经而且继续令人完全满意。
然而，现在需要具有更高纯度的金属和金属合金。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供纯度更高的金属和金属合金。
为此，本发明提供了一种制造金属或金属合金颗粒的方法，包括下列步骤·制备含有非金属杂质的金属或金属合金，其中非金属杂质主要由基底金属的氧化物构成；·用还原剂使金属或合金成粒以形成颗粒；·在真空中处理这些颗粒，从而使还原剂对杂质产生作用；和·去除颗粒的表面层。
申请人已经意外地发现，去除表面层提高了颗粒的总纯度。这种结果看来是荒谬的，因为去除表面不能对颗粒的内部组成产生任何影响。然而，颗粒外围的杂质浓度高于其中心部分的事实可以解释上述结果。因此去除表面也就去除了较大部分的杂质。结果是，这一去除步骤，特别是通过磨光进行去除，在技术上是非常有益的。此外，它能够改进产物的外观。
本发明的方法还包括至少一个下列特征·去除包括磨蚀；·该方法包括磨光；·去除是利用振动罩进行的；·除去层的厚度为0.1毫米(mm)至0.5mm；·金属选自铬、钛、钒、钼、锰、铌、钨和镍，合金含有上述金属中的至少一种和/或硼；·合金是铁合金；·制备步骤利用了至少一种金属氧化物和分割的铝之间的铝热反应；·相对于完全反应所需铝的量，由于铝的不足反应是不平衡，从而确保金属或金属合金含有可还原非金属杂质，该可还原的非金属杂质主要由基底金属的氧化物杂质构成的；·成粒后，特别在200℃至230℃将颗粒烘干；·在真空烘箱中进行还原处理；·还原处理后，在中性气氛中冷却产物。
从以下对一个优选实施例的描述，可以进一步看出本发明的其它特征和优点。
具体实施例方式
在该实施例中，目的是通过不平衡的铝热反应制造高纯金属铬。它主要包括下列四个步骤a)、b)、c)和d)。
步骤a)将氧化铬(Cr2O3)、重铬酸钾(K2Cr2O7)和散装铝加入一个用耐火材料衬里的铝热坩埚。氧化铬有利的是粒度为0至15微米(μm)的可购得的商品，而散装铝和重铬酸钾是由小于1mm的颗粒构成的。
氧化铬和重铬酸钾以化学计量比进行铝热反应，而相对于传统铝热反应所用的化学计量比而言，铝的用量不足。这种不足占化学计量数量的0.5wt％至8wt％，优选为2wt％至5wt％。
将这三种成分称出并仔细混合在一起，然后在坩埚中以适当的方式引发反应。反应温度迅速达到大约2200℃，反应结束后，从坩埚底部收回金属，同时炉渣浮在上部。
步骤b)在一个冲击粉碎机内将步骤a)制得的金属铬研碎，直到制得能够完全漏过筛目大小为500μm的筛网而不能漏过筛目大小为77μm的筛网的细粉，由锤式高能粉碎机(活动锤撞击固定锤)构成的冲击粉碎机是有益的。
在本实施例中，研碎过程是产生流通空气，即由一定气流进行吹扫的提纯研碎。如果需要，可以自发调节气流速率以加强提纯效果。相似地，提纯效果与为了去除研碎材料中最细的颗粒而使用的筛选或任何其它类型的选择性分离有关，因为通过研磨产生出来的大部分非金属杂质被发现集中在最细的颗粒中。
然后将制成的纯化铬粉与还原剂和造粒剂充分混合。造粒剂可以由酚醛树脂和糠醛等有机粘合剂的混合物构成。该试剂的使用是为了便于在低温下造粒，同时酚醛树脂溶于粘合剂形成冷胶粘剂，还用于促进随后在较高温度下进行的酚醛树脂聚合。当然，可以使用其它热固性造粒剂和其它溶剂。还原剂可以由炭黑构成，其作用是增加酚醛树脂中的碳。
这些成分各自的含量不定，但是总体上根据颗粒中的氧残余量将它们调节得略为过量。作为例子，还原剂和造粒剂的混合物可以含有0.1％的酚醛树脂、0.3％的糠醛和0.05％至0.2％的炭黑，这些百分比都是相对于颗粒的重量而言的。
使用传统压紧机，例如带有切向轮的压丸机或压片机，将混合产物制成丸粒或片状物。制成丸粒后，将该混合物在适当的温度下(例如，200℃至230℃)进行烘焙以去除有机粘合剂，并使形成粘合剂且赋予丸粒或片状物强度的酚醛树脂聚合。
然而，应该遵循这样的操作，即烘焙温度应该限定在所要求的最小值，从而避免产物氧化。
步骤c)然后将前述步骤制得的丸粒或片状物在大约133×10-4帕(Pa)的高真空下以1100℃至1400℃进行还原处理。
在真空加热循环最初，酚醛树脂在某一温度下分解，剩下碳骨架并添加到炭黑中，炭黑是作为还原剂加入混合物中的。达到处理温度时，碳就会与物料中残留的Cr2O3中的氧反应，但几乎完全不会与氧化铝Al2O3中的氧反应。
然后用几乎不溶于固体铬的非氧化气体或还原气体(例如氢)进行受控吹扫，从而使处理炉中的真空达到133×10-1Pa。
由于铬升华产生的相对较低的真空和相对较低的温度，在实现基本完全反应之前要进行数小时处理。
步骤d)在随后的步骤中，通过轻微磨蚀去除丸粒的表面层。该步骤具体是通过磨光法实施的。为此，使用一个带有衬里转筒的磨光机，利用不平衡发动机使该转筒振动。在振动的作用下，这些丸粒互相磨蚀。
磨光过程持续大约10分钟。磨除层的厚度为0.01mm至0.5mm。
该步骤不仅有利于通过磨光来改进丸粒的外观，还能去除大量杂质。
除去的杂质主要是氧气和氮气。
申请人已经对30对铬粒样品进行了实验。申请人测量了每对样品中没有进行磨光处理的样品的氧原子、氮原子和碳原子的总含量。对每对样品另一个进行了磨光处理的样品进行同样的测量。结果汇总在下表中
(1)(2)(3)在该表中，“O”、“N”和“C”代表氧原子、氮原子和碳原子。
列出的值代表每百万份中这些成分的份数。
行(1)和(2)分别列出了磨光处理和没有磨光处理的样品的平均值。行(3)列出了行(1)和(2)的差值。
可以看出，氧的平均改进值为31ppm(即8％)，氮为6ppm(即16％)。碳的改进没有这么好。
因此，磨光步骤能够提高这些丸粒的纯度。
当然，本发明并不限于上述优选实施例。
因此，步骤a)可以通过铝热法以外的方法进行，例如通过硅热法或在电炉中还原，以制得含非金属杂质的金属或合金，其中的非金属杂质是基底金属的氧化物。
对于硅热还原法，作为非限制性例子，可以提及用金属硅或硅-铬还原来制造铁-铬或金属铬，还可以提及用高含量铁-硅或用金属硅还原来制备铁-钨或铁-钼。
对于在电炉中还原，作为非限制性例子，可以提及在电炉中制造铁-钒，然后进行铝热反应。
去除步骤可以使用磨光法以外的方法进行，例如通过抛光、金刚砂研磨、喷丸处理或喷砂处理。
相似地，步骤a)可以通过铝热法以外的方法进行，例如通过硅热反应或在电烘箱中还原，以制得含非金属杂质的金属或合金，其中的非金属杂质是基底金属的氧化物。
权利要求
1.一种制造金属或金属合金颗粒的方法，其特征在于包括以下步骤·制备含有非金属杂质的金属或金属合金，其中非金属杂质主要由基底金属的氧化物构成；·用还原剂使金属或合金成粒以形成颗粒；·在真空中处理这些颗粒，从而使还原剂对杂质产生作用；和·去除颗粒的表面层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于去除包括磨蚀。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于它包括磨光。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于去除是利用振动罩进行的。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于除去层的厚度为0.1mm至0.5mm。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于金属选自铬、钛、钒、钼、锰、铌、钨和镍，合金含有上述金属中的至少一种和/或硼。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于合金是铁合金。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的方法，其特征在于制备步骤利用了至少一种金属氧化物和散装铝之间的铝热反应；
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于相对于完全反应所需铝的量，铝的不足使反应失衡，从而确保金属或金属合金含有主要由基底金属的氧化物杂质构成的可还原非金属杂质。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的方法，其特征在于成粒后，特别在200℃至230℃将颗粒烘焙。
11.根据权利要求1至10任意一项所述的方法，其特征在于还原处理是在真空烘箱中进行的。
12.根据权利要求1至11任意一项所述的方法，其特征在于还原处理后，在中性气氛中冷却产物。
全文摘要
本发明涉及高纯金属或金属合金元素，特别是铬的一种制造方法，其特征在于包括下列步骤制造含非金属杂质的金属或金属合金，非金属杂质主要包括基底金属的氧化物；使金属或合金与还原剂聚集形成坯块或片状物；在真空下处理这些坯块或片状物，从而使还原剂与杂质反应而不产生明显的金属或金属合金的升华，并且去除这些坯块或片状物的表面层。可用于由高温合金制成的金属部件的制造。
文档编号C22B5/00GK1639362SQ03805112
公开日2005年7月13日 申请日期2003年1月20日 优先权日2002年1月21日
发明者P·利巴尔特 申请人:登莱秀公司