專利名稱：鉻等高純金屬元素的制造方法
技術領域：
本發明涉及高純金屬或金屬合金，特別是金屬鉻的一種制造方法。
背景技術：
工業要求數量不斷增加的高純金屬和金屬合金用于制造金屬部件。
在文獻EP-0 102 892中，申請人描述了各種具有高純度的金屬和合金，特別是鉻的一種制造方法。該方法包括以下步驟a)制備一種金屬或金屬合金，其中的非金屬雜質主要是基底金屬的氧化物；b)將制成的金屬或金屬合金研碎并將研碎的金屬或金屬合金與一種造粒劑和一種還原劑混合以制成丸粒；和c)對這些丸粒進行真空還原處理，調節處理時的壓力和溫度條件，從而使還原劑對非金屬雜質產生作用并使被處理的金屬或合金金屬幾乎不產生升華。
作為例子，該方法毫不費力地制得含氧總量不超過300份每百萬(ppm)至400ppm的產物，氧的存在形式是大約200ppm至300ppm的含100ppm至150ppm氧的氧化鋁和最多約500ppm的含大約150ppm氧的未還原氧化鉻。由此，這種鉻具有高純度而且適用于制造高溫合金，該高溫合金可特別用于制造航空渦輪發動機的貴重部件。
該方法已經而且繼續令人完全滿意。
然而，現在需要具有更高純度的金屬和金屬合金。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供純度更高的金屬和金屬合金。
為此，本發明提供了一種制造金屬或金屬合金顆粒的方法，包括下列步驟·制備含有非金屬雜質的金屬或金屬合金，其中非金屬雜質主要由基底金屬的氧化物構成；·用還原劑使金屬或合金成粒以形成顆粒；·在真空中處理這些顆粒，從而使還原劑對雜質產生作用；和·去除顆粒的表面層。
申請人已經意外地發現，去除表面層提高了顆粒的總純度。這種結果看來是荒謬的，因為去除表面不能對顆粒的內部組成產生任何影響。然而，顆粒外圍的雜質濃度高于其中心部分的事實可以解釋上述結果。因此去除表面也就去除了較大部分的雜質。結果是，這一去除步驟，特別是通過磨光進行去除，在技術上是非常有益的。此外，它能夠改進產物的外觀。
本發明的方法還包括至少一個下列特征·去除包括磨蝕；·該方法包括磨光；·去除是利用振動罩進行的；·除去層的厚度為0.1毫米(mm)至0.5mm；·金屬選自鉻、鈦、釩、鉬、錳、鈮、鎢和鎳，合金含有上述金屬中的至少一種和/或硼；·合金是鐵合金；·制備步驟利用了至少一種金屬氧化物和分割的鋁之間的鋁熱反應；·相對于完全反應所需鋁的量，由于鋁的不足反應是不平衡，從而確保金屬或金屬合金含有可還原非金屬雜質，該可還原的非金屬雜質主要由基底金屬的氧化物雜質構成的；·成粒后，特別在200℃至230℃將顆粒烘干；·在真空烘箱中進行還原處理；·還原處理后，在中性氣氛中冷卻產物。
從以下對一個優選實施例的描述，可以進一步看出本發明的其它特征和優點。
具體實施例方式
在該實施例中，目的是通過不平衡的鋁熱反應制造高純金屬鉻。它主要包括下列四個步驟a)、b)、c)和d)。
步驟a)將氧化鉻(Cr2O3)、重鉻酸鉀(K2Cr2O7)和散裝鋁加入一個用耐火材料襯里的鋁熱坩堝。氧化鉻有利的是粒度為0至15微米(μm)的可購得的商品，而散裝鋁和重鉻酸鉀是由小于1mm的顆粒構成的。
氧化鉻和重鉻酸鉀以化學計量比進行鋁熱反應，而相對于傳統鋁熱反應所用的化學計量比而言，鋁的用量不足。這種不足占化學計量數量的0.5wt％至8wt％，優選為2wt％至5wt％。
將這三種成分稱出并仔細混合在一起，然后在坩堝中以適當的方式引發反應。反應溫度迅速達到大約2200℃，反應結束后，從坩堝底部收回金屬，同時爐渣浮在上部。
步驟b)在一個沖擊粉碎機內將步驟a)制得的金屬鉻研碎，直到制得能夠完全漏過篩目大小為500μm的篩網而不能漏過篩目大小為77μm的篩網的細粉，由錘式高能粉碎機(活動錘撞擊固定錘)構成的沖擊粉碎機是有益的。
在本實施例中，研碎過程是產生流通空氣，即由一定氣流進行吹掃的提純研碎。如果需要，可以自發調節氣流速率以加強提純效果。相似地，提純效果與為了去除研碎材料中最細的顆粒而使用的篩選或任何其它類型的選擇性分離有關，因為通過研磨產生出來的大部分非金屬雜質被發現集中在最細的顆粒中。
然后將制成的純化鉻粉與還原劑和造粒劑充分混合。造粒劑可以由酚醛樹脂和糠醛等有機粘合劑的混合物構成。該試劑的使用是為了便于在低溫下造粒，同時酚醛樹脂溶于粘合劑形成冷膠粘劑，還用于促進隨后在較高溫度下進行的酚醛樹脂聚合。當然，可以使用其它熱固性造粒劑和其它溶劑。還原劑可以由炭黑構成，其作用是增加酚醛樹脂中的碳。
這些成分各自的含量不定，但是總體上根據顆粒中的氧殘余量將它們調節得略為過量。作為例子，還原劑和造粒劑的混合物可以含有0.1％的酚醛樹脂、0.3％的糠醛和0.05％至0.2％的炭黑，這些百分比都是相對于顆粒的重量而言的。
使用傳統壓緊機，例如帶有切向輪的壓丸機或壓片機，將混合產物制成丸粒或片狀物。制成丸粒后，將該混合物在適當的溫度下(例如，200℃至230℃)進行烘焙以去除有機粘合劑，并使形成粘合劑且賦予丸粒或片狀物強度的酚醛樹脂聚合。
然而，應該遵循這樣的操作，即烘焙溫度應該限定在所要求的最小值，從而避免產物氧化。
步驟c)然后將前述步驟制得的丸粒或片狀物在大約133×10-4帕(Pa)的高真空下以1100℃至1400℃進行還原處理。
在真空加熱循環最初，酚醛樹脂在某一溫度下分解，剩下碳骨架并添加到炭黑中，炭黑是作為還原劑加入混合物中的。達到處理溫度時，碳就會與物料中殘留的Cr2O3中的氧反應，但幾乎完全不會與氧化鋁Al2O3中的氧反應。
然后用幾乎不溶于固體鉻的非氧化氣體或還原氣體(例如氫)進行受控吹掃，從而使處理爐中的真空達到133×10-1Pa。
由于鉻升華產生的相對較低的真空和相對較低的溫度，在實現基本完全反應之前要進行數小時處理。
步驟d)在隨后的步驟中，通過輕微磨蝕去除丸粒的表面層。該步驟具體是通過磨光法實施的。為此，使用一個帶有襯里轉筒的磨光機，利用不平衡發動機使該轉筒振動。在振動的作用下，這些丸粒互相磨蝕。
磨光過程持續大約10分鐘。磨除層的厚度為0.01mm至0.5mm。
該步驟不僅有利于通過磨光來改進丸粒的外觀，還能去除大量雜質。
除去的雜質主要是氧氣和氮氣。
申請人已經對30對鉻粒樣品進行了實驗。申請人測量了每對樣品中沒有進行磨光處理的樣品的氧原子、氮原子和碳原子的總含量。對每對樣品另一個進行了磨光處理的樣品進行同樣的測量。結果匯總在下表中
(1)(2)(3)在該表中，“O”、“N”和“C”代表氧原子、氮原子和碳原子。
列出的值代表每百萬份中這些成分的份數。
行(1)和(2)分別列出了磨光處理和沒有磨光處理的樣品的平均值。行(3)列出了行(1)和(2)的差值。
可以看出，氧的平均改進值為31ppm(即8％)，氮為6ppm(即16％)。碳的改進沒有這么好。
因此，磨光步驟能夠提高這些丸粒的純度。
當然，本發明并不限于上述優選實施例。
因此，步驟a)可以通過鋁熱法以外的方法進行，例如通過硅熱法或在電爐中還原，以制得含非金屬雜質的金屬或合金，其中的非金屬雜質是基底金屬的氧化物。
對于硅熱還原法，作為非限制性例子，可以提及用金屬硅或硅-鉻還原來制造鐵-鉻或金屬鉻，還可以提及用高含量鐵-硅或用金屬硅還原來制備鐵-鎢或鐵-鉬。
對于在電爐中還原，作為非限制性例子，可以提及在電爐中制造鐵-釩，然后進行鋁熱反應。
去除步驟可以使用磨光法以外的方法進行，例如通過拋光、金剛砂研磨、噴丸處理或噴砂處理。
相似地，步驟a)可以通過鋁熱法以外的方法進行，例如通過硅熱反應或在電烘箱中還原，以制得含非金屬雜質的金屬或合金，其中的非金屬雜質是基底金屬的氧化物。
權利要求
1.一種制造金屬或金屬合金顆粒的方法，其特征在于包括以下步驟·制備含有非金屬雜質的金屬或金屬合金，其中非金屬雜質主要由基底金屬的氧化物構成；·用還原劑使金屬或合金成粒以形成顆粒；·在真空中處理這些顆粒，從而使還原劑對雜質產生作用；和·去除顆粒的表面層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于去除包括磨蝕。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于它包括磨光。
4.根據權利要求1至3任意一項所述的方法，其特征在于去除是利用振動罩進行的。
5.根據權利要求1至4任意一項所述的方法，其特征在于除去層的厚度為0.1mm至0.5mm。
6.根據權利要求1至5任意一項所述的方法，其特征在于金屬選自鉻、鈦、釩、鉬、錳、鈮、鎢和鎳，合金含有上述金屬中的至少一種和/或硼。
7.根據權利要求1至5任意一項所述的方法，其特征在于合金是鐵合金。
8.根據權利要求1至7任意一項所述的方法，其特征在于制備步驟利用了至少一種金屬氧化物和散裝鋁之間的鋁熱反應；
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于相對于完全反應所需鋁的量，鋁的不足使反應失衡，從而確保金屬或金屬合金含有主要由基底金屬的氧化物雜質構成的可還原非金屬雜質。
10.根據權利要求1至9任意一項所述的方法，其特征在于成粒后，特別在200℃至230℃將顆粒烘焙。
11.根據權利要求1至10任意一項所述的方法，其特征在于還原處理是在真空烘箱中進行的。
12.根據權利要求1至11任意一項所述的方法，其特征在于還原處理后，在中性氣氛中冷卻產物。
全文摘要
本發明涉及高純金屬或金屬合金元素，特別是鉻的一種制造方法，其特征在于包括下列步驟制造含非金屬雜質的金屬或金屬合金，非金屬雜質主要包括基底金屬的氧化物；使金屬或合金與還原劑聚集形成坯塊或片狀物；在真空下處理這些坯塊或片狀物，從而使還原劑與雜質反應而不產生明顯的金屬或金屬合金的升華，并且去除這些坯塊或片狀物的表面層。可用于由高溫合金制成的金屬部件的制造。
文檔編號C22B5/00GK1639362SQ03805112
公開日2005年7月13日 申請日期2003年1月20日 優先權日2002年1月21日
發明者P·利巴爾特 申請人:登萊秀公司