專利名稱：一種含中間合金的成形制品及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含中間合金的制品，及其制備和使用方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于將合金添加物添加至金屬熔體的包含中間合金的成形制品及其制備和使用上述成形制品的方法。
背景技術(shù)：
在制備不銹鋼、鈦合金、以及其他合金時(shí)，在高溫下加熱大量通常包括廢金屬的原材料，以形成含有所需化學(xué)元素的熔體。在熔體凝固成鑄錠、坯料、粉末或其他形狀之前，通常在原材料或熔體中添加一種或多種中間合金以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整熔體的化學(xué)成分。正如本領(lǐng)域所公知的，中間合金是指富含一種或多種所需添加元素的合金，且包含在金屬熔體中以提高熔體所需組分的百分含量。《美國(guó)金屬學(xué)會(huì)金屬手冊(cè)》簡(jiǎn)裝版(ASM Intern. 1998)，第38 頁(yè)。由于中間合金的元素組份已知，從理論上而言，很容易確定需添加的中間合金的量以獲得熔體希望得到的化學(xué)元素。然而，人們也必須考慮到是否加入的所有中間合金均能充分且均勻的摻入熔體。例如，如果加入熔融且均勻摻入熔體中的中間合金的實(shí)際量小于添加的量，那么熔體的化學(xué)成分可能達(dá)不到所需的化學(xué)成分。因此，需要研究中間合金的形狀從而能使之容易的熔融并易于均勻的摻入金屬熔體。一個(gè)在特定領(lǐng)域存在一些挑戰(zhàn)性例子是將特定的合金化添加物引入到鈦熔體中。 例如，很難采用氧對(duì)鈦進(jìn)行合金化。在制備鈦合金熔體時(shí)，通常將海綿鈦或鈦廢品用作富鈦原料。傳統(tǒng)的提高鈦合金熔體氧含量的方法包括將海綿鈦與粉末狀二氧化鈦中間合金一起進(jìn)行壓制。當(dāng)二氧化鈦中間合金溶解并摻入熔體時(shí)，該熔體中的氧含量增加，進(jìn)而提高由該熔體形成的固體材料中的氧含量。將海綿鈦和二氧化鈦粉末壓制的工藝存在幾個(gè)缺陷。例如，稱量和壓制這些材料的成本較高。而且，在熔融和固化/澆注工藝以前，需要很長(zhǎng)的時(shí)間以制備壓制過(guò)的海綿鈦和二氧化鈦粉末。一個(gè)已知可供選擇的將氧添加至鈦熔體中的方法是，在進(jìn)行加熱前，將一定量的松散粉末狀的二氧化鈦中間合金和海綿鈦/鈦廢品原材料在熔化容器中簡(jiǎn)單混合。在這種方法中，很少量的二氧化鈦粉末包裹在海綿鈦/鈦廢品的表面。如果添加更多的二氧化鈦粉末，其將不會(huì)與起始原料粘結(jié)，并將從這些原料中析出。這種“游離”的二氧化鈦粉末容易被氣流帶走。而且，聚集在熔池中的大部分松散的二氧化鈦粉末并不會(huì)均勻的摻入熔體中。因此，采用這一傳統(tǒng)的二氧化鈦的添加技術(shù)來(lái)調(diào)整鈦合金熔體化學(xué)成分的可能結(jié)果是二氧化鈦的不一致性和不可預(yù)知的損失。其最終結(jié)果是鈦合金產(chǎn)品并不具有所期望的化學(xué)成分。由于上述原因，鈦合金制造者一般在制備氧添加量較小的鈦合金時(shí)采用添加松散二氧化鈦粉末的合金化技術(shù)。然而，即使在這情況下，氧的最終含量仍有些不可預(yù)知。當(dāng)需要氧含量高于通過(guò)添加松散的二氧化鈦粉末容易獲得的，則通常采用如前所述的具有時(shí)間和成本缺點(diǎn)的海綿鈦/二氧化鈦粉末壓制技術(shù)。由于添加合金化氧至鈦熔體的傳統(tǒng)技術(shù)存在上述缺陷，因此提供一種改進(jìn)的合金化技術(shù)是有利的。更一般的，提供一種改進(jìn)的常規(guī)技術(shù)以將不同合金化的添加劑添加至各種不同的金屬熔體中。發(fā)明概述為了提供上述優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于將合金添加物添加至金屬熔體的成形制品。成形制品包含至少一種中間合金的顆粒以及一種用于粘結(jié)成形制品中中間合金顆粒的粘結(jié)劑材料。在將成形制品加熱到預(yù)定溫度時(shí)，粘結(jié)材料將改變形態(tài)并釋放中間合金顆粒。優(yōu)選的，預(yù)定溫度大于500° F。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制備用于合金化金屬熔體的制品的方法。該方法包括提供一種包含中間合金顆粒與粘結(jié)材料的充分均勻混合物。由至少部分的該混合物成形為制品。該制品包括由粘結(jié)材料結(jié)合在成形制品中的中間合金顆粒。當(dāng)將該制品加熱至預(yù)定溫度時(shí)，該粘結(jié)材料改變形態(tài)并釋放中間合金顆粒。優(yōu)選的，預(yù)定溫度大于 500° F。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制備合金的方法。該方法包括制備包含某一預(yù)定量的中間合金的熔體。將該中間合金以其顆粒通過(guò)粘結(jié)劑材料結(jié)合進(jìn)至少一個(gè)成形制品中的形式而添加至熔體或熔體起始物料中，該粘結(jié)材料在大于500° F的預(yù)定溫度下分解并釋放中間合金顆粒。根據(jù)該方法的特定非限制性實(shí)施方案，制備熔體的步驟包含提供一種充分均勻的包括多個(gè)成形制品以及余量熔體組分的混合物，以及將至少部分的該均勻混合物加熱至高于預(yù)定溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種調(diào)整金屬熔體元素組成的方法。該方法包括在熔體中加入預(yù)定量的包含中間合金的材料，這種材料以至少一種含有由至少一種有機(jī)聚合體粘結(jié)在一起的中間合金顆粒的成形制品的形式存在。該中間合金包含鈦、鈦的化合物、 鎳、鎳的化合物、鉬、鉬的化合物、鈀、鈀的化合物、鋁、鋁的化合物、釩、釩的化合物、錫、錫的化合物、鉻、鉻的化合物、鐵、氧化鐵、以及鐵的化合物中的至少一種。在考慮到下述詳細(xì)描述的方法的非限制性的實(shí)施方案以及本發(fā)明所公開制品的基礎(chǔ)上，讀者將會(huì)理解上述細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，及其它優(yōu)點(diǎn)。讀者也會(huì)理解實(shí)施或使用在此所描述的方法、制品和部件所帶來(lái)的其它優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)。
附圖簡(jiǎn)介通過(guò)參考如下附圖可以更好的理解在此所描述的方法和制品的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

圖1(a)至圖1(f)說(shuō)明了可以由本發(fā)明制備的成形制品的各種非限制性的形狀。圖2是用于形成鈦合金熔體的廢鈦材料的常規(guī)棒狀組合體的照片。圖3是包含二氧化鈦和乙烯醋酸乙烯酯粘結(jié)劑的粒狀制品的照片，且其可以用于本法明所公開方法的非限制性實(shí)施方案。圖4是根據(jù)本發(fā)明所制備的包含二氧化鈦和低密度聚乙烯(LDEP)粘結(jié)劑的擠壓柱狀成形制品的照片。
圖5是根據(jù)本發(fā)明所公開的擠壓柱狀成形制品實(shí)施方案的示意性橫截面圖。非限制性實(shí)施方案的描述除非在操作實(shí)施例或另有注明，所有用于本說(shuō)明書和權(quán)利要求中表示組分的含量、工藝條件等等的所有參數(shù)應(yīng)該理解為在所有的例子中可以通過(guò)詞語(yǔ)“約”而可被修修飾。因此，除非有相反的指示，在下述描述和后附的權(quán)利要求中所提出的任何參數(shù)均為近似值，其依賴于人們所希望從本發(fā)明的成形制品中獲得的性能。而至少不能企圖限制作為對(duì)權(quán)利要求的相同原則下的范圍的應(yīng)用，每個(gè)數(shù)字參數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)記錄的有效數(shù)字位數(shù)以及通過(guò)應(yīng)用普通四舍五入的技術(shù)進(jìn)行分析。雖然本發(fā)明所公開的數(shù)字范圍和提出的參數(shù)寬范圍是近似值，但是在任一特定實(shí)施例中所提出的數(shù)值，是盡可能準(zhǔn)確。然而，任何數(shù)值不可避免的含有一些誤差，諸如舉例而言操作誤差和/或設(shè)備誤差，其是由于他們各自測(cè)試測(cè)量中所發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差造成的。 而且，應(yīng)當(dāng)理解的是，任何在此敘述的數(shù)字范圍都包括范圍邊界和包含于其中的子范圍。例如，范圍“ 1-10”明確包括在所敘述的最小值1和所敘述最大值10之間(且包含該范圍) 的所有子范圍，即，具有一個(gè)最小值大于等于1且一個(gè)最大值小于等于10。任何在此引用作為參考的全部或部分的專利、出版物、或其他公開文獻(xiàn)僅限于其不與現(xiàn)有的定義、陳述或其它本發(fā)明公開提出的公開材料發(fā)生矛盾的程度。同樣地，且依照所需程度，在此描述的發(fā)明公開將取代任何在此引用作為參考的相矛盾的材料。也就是說(shuō)， 在此引用作為參考的任何材料的整體或部分，但如其與現(xiàn)存的定義、陳述、或在此描述的其他公開材料相矛盾，則僅引用其不引起被引用材料和現(xiàn)存公開材料之間發(fā)生矛盾的材料。本發(fā)明所公開的某些非限制性實(shí)施方案涉及成形制品，其含有大量通過(guò)粘結(jié)材料結(jié)合于該成形制品中的中間合金顆粒。在此所用的“成形制品”是指通過(guò)包括使用機(jī)械力的工藝所制得的制品。該工藝的非限制性實(shí)施方案包含模鑄、壓制和擠壓。在某些實(shí)施例中，可將本發(fā)明所公開的成形制品添加至用于制備金屬熔體的原料中。在另一些實(shí)施方案中，可將該成形制品添加至現(xiàn)有金屬熔體的熔融材料中。本發(fā)明所公開成形制品的一些實(shí)施方案可采用上述方式中的任意一種。在此所用的“金屬熔體”是指某一金屬的熔體，且任選金屬和非金屬合金化的添加劑隨后固化于合金中。不會(huì)有意將在此所述開發(fā)的應(yīng)用限制于任何特定合金的制備，使用包含一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明所公開的成形制品的金屬熔體成分制得的可能的合金包括鈦合金、鋯合金、鋁合金以及不銹鋼。在考慮本發(fā)明所公開的基礎(chǔ)上， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠很容易得確定其它可由包含一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明所公開的成形制品的成分構(gòu)成的金屬熔體而制得的合金。本發(fā)明所公開的成形制品包括至少一種所需合金添加物的可定量的濃度和/或量，和可將一個(gè)或多個(gè)成形制品添加至金屬熔體原料中或金屬熔體自身中從而調(diào)整熔體的元素組成并提供由具有所需化學(xué)成分的熔體所成形的固態(tài)制品或材料。因?yàn)?，在此所描述的成形制品包括具有如本文述一般特性的粘結(jié)材料，成形制品的實(shí)施方案可制做成有利的預(yù)定形狀、密度和/或尺寸。例如，可以將成形制品制成普通尺寸和選定的形狀，從而使該制品可以與余量材料均勻混合，由此形成熔體，且不會(huì)在所得混合物中呈現(xiàn)不可接受的易于由所得混合物中分離或析出的趨勢(shì)。如上所述，本發(fā)明成形制品的實(shí)施方案含有大量的中間合金顆粒。中間合金顆粒的大小和形狀可以是任何適合于作為感興趣的特定金屬熔體的中間合金添加劑的尺寸和形狀。例如在某些非限制性實(shí)施方案中，中間合金顆粒以由處于如亞微粒至大約20mm尺寸范圍的中間合金離散顆粒組成的粉末形式存在。在本發(fā)明成形制品的一個(gè)特定非限制性實(shí)施方案中，中間合金是一種以約1微米至約20mm直徑范圍內(nèi)顆粒尺寸的海綿鈀粉末。優(yōu)選的，這種鈀中間合金顆粒的直徑宜不大于約5mm，更優(yōu)選不大于約0. 1mm。含有前述粒度鈀顆粒中間合金的本發(fā)明成形制品可以應(yīng)用于例如鈦合金熔體方面。由于鈀的熔點(diǎn)比鈦的低，在鈦熔體中鈀金屬迅速熔融，而不必?fù)?dān)心鈀中間合金會(huì)不熔化。其它具有與熔體的主要金屬熔點(diǎn)接近或是更高熔點(diǎn)的中間合金為了便于其完全熔化，優(yōu)選相對(duì)較小的顆粒度。對(duì)于這樣的其它中間合金為方便其完全熔化， 特別優(yōu)選顆粒度為約1微米或者更小。在本發(fā)明成形制品的另一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，中間合金是粒狀二氧化鈦或者類似氧化物化合物；在這種情況下顆粒的直徑優(yōu)選小于約100微米，更優(yōu)選小于約1微米。 這樣的成形制品可用于諸如鈦合金熔體以添加氧至熔融材料以及所得固態(tài)合金。在這種成形制品中相對(duì)較小的二氧化鈦顆粒度能夠更好的保證其完全溶解于熔體之中。不完全溶解將會(huì)導(dǎo)致合金化作用減弱，更重要的是，可能導(dǎo)致在最終凝固后的產(chǎn)品中出現(xiàn)非常不愿看到的缺陷顆粒(夾雜)。其它可能的中間合金顆粒的尺寸和形狀包括丸狀的顆粒。在這里術(shù)語(yǔ)“金屬丸” 通常指的是直徑為約0. 5mm至約5mm的球形顆粒。某些其它本發(fā)明成形制品中有用的中間合金顆粒形式可以是“廢料”尺寸，在這里是指包括折皺和團(tuán)成球的板片、緊固件、許多加工過(guò)程中修整下來(lái)的部分、加工半成品、不合格的加工件以及在下述尺寸范圍內(nèi)的任何原材料在內(nèi)的很大范圍內(nèi)的廢料；所有這些廢料在任何方向上的最大尺寸應(yīng)處于約Imm至約 IOOmm范圍內(nèi)。因此，在界于為“金屬丸”或者“廢料”的尺寸間可能存在一些重疊。前述的中間合金顆粒的尺寸和形狀不應(yīng)看作為對(duì)本發(fā)明公開的限制，且中間合金顆粒可以為任何顆粒尺寸；無(wú)論其是否比在此明確公開的那些尺寸更大或更小，只要能夠使中間合金在成形制品中可令人滿意的溶解于熔體中并摻入最終合金即可。因此，這里提及的“粒狀”中間合金或中間合金“顆?！辈⒉灰馕吨魏翁囟ǖ念w粒尺寸或顆粒尺寸范圍，或者任何特定形狀。作為替代，所提及的“粒狀”、“顆?！被蚴穷愃频淖盅蹆H僅是指將多塊特定的中間合金通過(guò)粘結(jié)材料結(jié)合進(jìn)成形制品中。而且，考慮到本發(fā)明公開在本發(fā)明成形制品中有利的中間合金形狀很明顯并不局限于上述那些特定的形狀。本發(fā)明公開的成形制品中可用的其它可能的中間合金形狀在考慮到本發(fā)明公開的基礎(chǔ)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的，并且所有這些中間合金的形狀均落入在所附的權(quán)利要求中。本發(fā)明成形制品中可包含的一種或多種中間合金的化學(xué)成分可以為任何需要和合適的中間合金化學(xué)成分。例如，如同在此進(jìn)一步描述的那樣，在本發(fā)明公開的一個(gè)成形制品非限制性實(shí)施方案中，中間合金是二氧化鈦顆粒，其是一種在過(guò)去用于提高鈦合金熔體氧含量的中間合金。當(dāng)然，普通技術(shù)人員就能夠根據(jù)與要制備的特定金屬熔體相關(guān)的所需合金化效果而確定一種或多種特定的中間合金的化學(xué)成分。因此，在這里對(duì)有益于形成特定合金的可能粒狀中間合金材料進(jìn)行詳盡的描述是沒(méi)有必要的。對(duì)于能夠以粒狀形態(tài)可用于本發(fā)明公開中描述的成形制品的中間合金的不完全例舉的實(shí)例包括鈀中間合金(用于制造例如諸如 ASTM 7 級(jí)鈦合金(Ti-0. 15Pd)、11 級(jí)(Ti-0. 15Pd)、16 級(jí)(Ti-0. 05Pd)、17 級(jí) (Ti-0. 15Pd)、18 級(jí)(Ti-3A1_2. 5V-0. 05Pd)、2 級(jí)(Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr_0. 05Pd)、24 級(jí)(Ti-6Al-4V-0. 05Pd)和 25 級(jí)(Ti-6A1-4V_0. 5Ν -0. 05Pd)之類的 ASTM B 348 鈦合金)、鈀化合物中間合金、鎳和鉬中間合金(用于制造例如ASTM12級(jí)鈦合金(Ti-0. 3Mo-0. 8Ni))、 鋁和鋁化合物中間合金、釩和釩化合物中間合金、錫和錫化合物中間合金、鉻和鉻化合物中間合金以及鐵和鐵的氧化物(用于制造例如包括ASTM1、2、3、4級(jí)在內(nèi)的CP鈦合金)和其它鐵的化合物中間合金?？捎糜诒景l(fā)明公開成形制品的粘結(jié)材料可以是任何能夠易于與一種或多種粒狀中間合金混合并適于將顆粒粘結(jié)成需要的成形制品的單一材料或是材料的組合物。特定的粘結(jié)材料或多種材料必須具有適當(dāng)分解的性質(zhì)，也就是說(shuō)在熔煉裝置的運(yùn)行參數(shù)下一種或是多種粘結(jié)材料產(chǎn)生揮發(fā)物質(zhì)從而能吸收進(jìn)熔融材料中或是由真空系統(tǒng)抽出熔煉裝置。本發(fā)明公開的特定關(guān)注點(diǎn)是金屬熔體的合金化，所選的一種或多種粘結(jié)材料在成形制品處于高溫下時(shí)必須分解并釋放結(jié)合的中間合金顆粒。優(yōu)選的，高溫是指高于500° F的溫度。作為例子，在采用常規(guī)電子束熔煉裝置制備鈦合金熔體時(shí)的很高操作溫度(對(duì)于鈦約1670°C )和很低的壓力(約1毫托)足以使得可能用于本發(fā)明公開的成形制品的實(shí)施方案中的很多粘結(jié)材料揮發(fā)掉。在這種狀態(tài)下，那些粘結(jié)材料熔化之后蒸發(fā)，或是直接從固態(tài)升華，產(chǎn)生能夠溶入熔融鈦的氣態(tài)物質(zhì)。當(dāng)粘結(jié)劑以這種方式分解時(shí)，結(jié)合的中間合金顆粒將被釋放并且很容易吸收進(jìn)入熔體。粘結(jié)材料還必須滿足在這里討論過(guò)的某些另外的要求。有必要指出的是，在這里僅描述了有限的可能的粘結(jié)材料的例子，這可以理解為那些普通技能人員就能夠很輕易地確定其它適合的粘結(jié)材料。盡管這類其它粘結(jié)劑并未在這里明確指出，仍被包含在本發(fā)明和所附權(quán)利要求中?？捎糜诔尚沃破分械囊活愓辰Y(jié)材料是有機(jī)聚合物。根據(jù)欲制備的特定金屬熔體， 可能的合適有機(jī)聚合物粘結(jié)材料的非限制例子包括乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、低密度聚乙烯 (LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、尿素甲醛和其它甲醛化合物。更一般的，適合的粘結(jié)材料包括任何適合于形成自支持形狀并能夠滿足在這里列出的其他粘結(jié)材料的要求的單個(gè)有機(jī)烴聚合物或有機(jī)烴聚合物的組合。有用的有機(jī)烴聚合物包括例如在塑料工業(yè)中很容易找到且常用的各種熱固性和熱塑性烴聚合物。熱固性和熱塑性烴聚合物的混合物也可以用作粘結(jié)材料。熱固性材料和熱塑性材料或其混合物必須能夠?qū)⒅虚g合金顆粒粘結(jié)起來(lái)并必須滿足在此描述過(guò)的其它幾個(gè)要求。優(yōu)選的，用于制造本發(fā)明公開成型制品的一種熱固性或熱塑性粘結(jié)材料或其混合物具有良好的成形及擠壓性能，以及足夠低的表面張力和粘度以覆蓋中間合金顆粒。優(yōu)選具有良好潤(rùn)濕性和被覆性能的聚合物，因?yàn)閷?duì)中間合金顆粒更好的包覆可以使更高比例的顆粒摻入成形制品中。中間合金顆粒不完全的包覆可導(dǎo)致成形設(shè)備的嚴(yán)重磨損和最終成形制品的結(jié)構(gòu)整體性的不足。而且也必須能夠?qū)峁绦哉辰Y(jié)材料和 /或熱塑性粘結(jié)材料完全并均勻的與中間合金顆?；旌稀?yōu)選所采用的任何熱固性粘結(jié)材料具有良好的凝固和硬化性能以生產(chǎn)出具有良好強(qiáng)度的成形制品從而在處理過(guò)程中保持足夠的整體性。有機(jī)聚合物或其它粘結(jié)材料可以以任何適于與中間合金顆粒相混合的形式提供。 例如，低密度聚乙烯和高密度聚乙烯以及眾多其它有機(jī)聚合物可采用固態(tài)顆粒形式并很容易與粒狀中間合金混合。優(yōu)選采用的特定粘結(jié)材料或其組合物以能夠很容易、徹底并均勻的與中間合金顆?；旌系男螒B(tài)得到，從而在混合物加工過(guò)程中粘結(jié)材料可以有效的粘結(jié)中間合金顆粒。很多其中明確包含大量碳的有機(jī)聚合物，非常適合用作本發(fā)明公開的成形制品的粘結(jié)材料，該成形制品包括例如可用于制備鈦基合金熔體的成形制品。在鈦熔體中加入適當(dāng)量的碳是可以接受的，且直至某一個(gè)點(diǎn)將有利地增強(qiáng)所得到的鈦合金的強(qiáng)度。人們可以很容易的確定按照本發(fā)明公開制備的一種特定成形制品中的采用的粘結(jié)材料的元素組成， 從而評(píng)價(jià)該粘結(jié)材料及其元素組成是否容許或者也許在某種添加量一旦分解并吸收進(jìn)熔體時(shí)會(huì)更有利。除了在熔體溫度下適宜分解之外，可用于本發(fā)明公開的各種成形制品中的粘結(jié)材料優(yōu)選是那些在將其裝載到給料系統(tǒng)并被輸送至緊鄰熔池的區(qū)域或在將其裝載輸送至緊鄰熔池的區(qū)域之前不會(huì)排出氣體的材料。對(duì)于熔體原料在電子束熔煉裝置中熔煉的特定情況下，在電子束的作用下本發(fā)明公開的成形制品必須分解并放出氣體(蒸發(fā))以溶解于熔體中；但優(yōu)選在室溫下(諸如10-120° F)、在電子束裝置中的真空環(huán)境中制品不會(huì)放出氣體。有機(jī)聚合物或者其它粘結(jié)材料的另一個(gè)必要特性是其一定不能過(guò)早的喪失結(jié)構(gòu)完整性或者分解，從而直到一段適當(dāng)?shù)臅r(shí)間釋放中間合金的顆粒以使得成形制品的中間合金的成分適宜于吸收入熔體。有機(jī)聚合物或其它粘結(jié)材料優(yōu)選將提供一種足以抵抗處理、 碰撞和其它力的成形制品以致使得成形制品不會(huì)在處理過(guò)程中碎裂至一個(gè)不能接受的程度、并導(dǎo)致碎末或其它相當(dāng)?shù)男K在熔體進(jìn)料原料混合時(shí)將損失或易于析出。而且，有機(jī)聚合物或者其它粘結(jié)材料的化學(xué)成分不能包括其濃度不能被特定金屬熔體及所得鑄造合金接受的元素。例如，當(dāng)制備某種鈦基合金熔體時(shí)，粘結(jié)材料不應(yīng)含有不能接受量的硅、氯、鎂、硼、氟或其它在熔體及所得鑄造合金中不受歡迎的元素。當(dāng)然，那些具普通技能人員可以很容易的通過(guò)試驗(yàn)、粘結(jié)材料組合物的知識(shí)和所要求得到的合金的知識(shí)、眾所周知的在所需合金中某些元素的不兼容性和其它途徑而確定一種特定粘結(jié)材料或者粘結(jié)材料組合物的適宜性。如上所述，有機(jī)聚合物粘結(jié)材料必須含有大量的碳成分。盡管成形制品的粘結(jié)劑濃度也必須考慮，但是在選擇一種合適的粘結(jié)劑時(shí)必須考慮其碳含量。在制備鈦基合金時(shí)采用有機(jī)聚合物粘結(jié)材料，例如，優(yōu)選的粘結(jié)劑中碳的最大濃度為約50重量％。取決于成形制品中粘結(jié)劑的濃度，粘結(jié)材料中碳的濃度大于50重量％可能導(dǎo)致鈦合金熔體中的碳含量提高過(guò)多，因?yàn)榻^大部分鈦合金規(guī)格中具有碳含量不大于0. 04重量％。添加粒狀含有二氧化鈦中間合金和某種高碳有機(jī)聚合物粘結(jié)材料的本發(fā)明公開所制的成形制品可能在沒(méi)有對(duì)熔體添加有明顯含量氧的條件下導(dǎo)致熔體的碳含量增加到允許的最大值。氮是另一個(gè)可能呈現(xiàn)在用于本發(fā)明公開的成形制品的粘結(jié)材料中的元素。氮的添加能夠改進(jìn)某些合金的性能。例如，氮提高鈦強(qiáng)度的效果比同等重量的氧高2. 5倍。因此，舉例來(lái)說(shuō)，人們可以制備一種含有一種或多種含氮粘結(jié)材料的本發(fā)明公開的成形制品來(lái)將氮作為合金化添加劑加入到鈦熔體中并改進(jìn)鈦合金的強(qiáng)度。該一種或者多種含氮粘結(jié)材料可以含有例如多達(dá)50重量％或是更高的氮。由于含氮粘結(jié)材料也起到了改進(jìn)所得鈦合金強(qiáng)度的作用，因此在這種成形制品中粒狀含氧中間合金的濃度可以降低。這樣對(duì)于特定程度的提高鈦合金的強(qiáng)度可采用比沒(méi)有含氮粘結(jié)材料所必需的量更少的含氧中間合金。 當(dāng)然，向除了鈦合金以外的合金熔體中或是出于提高強(qiáng)度之外的原因添加氮也是值得考慮的。含有相對(duì)較少氮量的中間合金也存在的。本發(fā)明公開的成形制品中采用含氮粘結(jié)材料可滿足這些需要。用于本發(fā)明公開的成形制品的含氮粘結(jié)材料包括尿素甲醛、以及能夠?qū)⒊尚螢槌尚误w并粘結(jié)粒狀中間合金的任何其他適合的含氮有機(jī)烴材料，包括含氮熱固性材料和熱塑性材料。本發(fā)明公開的成形制品中合適的粘結(jié)劑濃度范圍取決于很多因素，包括上面考慮過(guò)的那些。對(duì)粘結(jié)材料最小濃度的一個(gè)限制因素是給定的選擇的粘結(jié)材料濃度粘結(jié)中間合金顆粒成為具有需要的形狀、尺寸和/或密度以及具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度的成形制品的能力， 從而使得成形制品可處理而沒(méi)有不能接受的破壞。因此，在化學(xué)成份可以決定粘結(jié)材料的最大濃度的同時(shí)，機(jī)械性能的限制可決定粘結(jié)材料的最小濃度。例如當(dāng)制備含有特定二氧化鈦顆粒中間合金和低密度聚乙烯粘結(jié)材料的某種類型本發(fā)明公開的成形制品時(shí)，可以確定，使用小于約18重量％的低密度聚乙烯導(dǎo)致制品不能適宜地粘結(jié)在一起，而且部分中間合金以未被粘結(jié)的粉末狀態(tài)仍保持在制品中。還有，將中間合金與相對(duì)較低濃度的粘結(jié)材料進(jìn)行混合可損壞標(biāo)準(zhǔn)的聚合物混合和成形設(shè)備。不過(guò)，很多時(shí)候出于化學(xué)成分方面的考慮，諸如降低成形制品中的碳含量，可以決定在成形制品中采用較低但機(jī)械性能又能夠接受的粘結(jié)材料的濃度。本發(fā)明公開的成形制品可以由一種或多種粒狀中間合金和一種或多種合適的有機(jī)聚合物粘結(jié)材料通過(guò)由聚合物材料成形制品所用的任何方法得到；這些聚合材料用于大量塑料和塑料成形及注塑工業(yè)中且為普通技術(shù)人員所熟知。根據(jù)本發(fā)明公開方法的某些非限制性實(shí)施方案，舉例來(lái)說(shuō)，一定量的一種或多種的粒狀中間合金與一定量的一種或多種有機(jī)聚合物粘結(jié)材料混合以形成充分均勻的混合物。至少一部分的均勻混合物之后被加工成具有所需形狀、尺寸和密度的粘著的成形制品。任何合適的方法均可被用于結(jié)合與混合各種配料以形成充分均勻的混合物。例如，熱塑性聚合物粘結(jié)材料能夠使用簡(jiǎn)單的捏合機(jī)、 快速混合器、單螺桿或雙螺桿擠壓機(jī)、Buss捏合機(jī)、行星式滾壓機(jī)或快速攪拌機(jī)徹底和均勻的與中間合金顆?；旌?。熱固性聚合物材料可能通過(guò)例如簡(jiǎn)單的捏合機(jī)、快速混合器或快速攪拌機(jī)徹底和均勻的與中間合金顆?；旌稀Ｐ纬沙浞志鶆虻幕旌衔锟赡軐?duì)于確保粘結(jié)材料能夠很容易的粘結(jié)粒狀中間合金是很重要的。例如，如果在試圖將粘結(jié)材料與粒狀中間合金混合時(shí)如果粘結(jié)材料聚集在一起，那么在成形制品成形過(guò)程中粘結(jié)劑軟化或液化時(shí)粘結(jié)劑就不能夠慢慢滲透到所有中間合金顆粒間的區(qū)域內(nèi)的間隙中。這可能會(huì)導(dǎo)致其中中間合金顆粒的局部或部分粘結(jié)不牢固或是完全不粘結(jié)進(jìn)成形制品的情況，而這將導(dǎo)致出現(xiàn)疏松的粒狀中間合金或者成形制品的機(jī)械性能很弱而不能令人滿意的耐受處理應(yīng)力。任何合適的工藝或技術(shù)均可用于由中間合金與粘結(jié)材料的混合物制備成形制品。 例如，在粘結(jié)材料是一種以固態(tài)顆粒狀的有機(jī)聚合物提供給混合物的情況下，可以將全部或者部分中間合金顆粒與粘結(jié)劑的混合物加熱至有機(jī)聚合物軟化或液化，且之后加熱的混合物可以通過(guò)公知的成形技術(shù)機(jī)械成形為需要的形狀且具有所需要的密度?；蛘撸瑢?duì)所有或部分混合物的加熱與成形可以同時(shí)進(jìn)行。一旦成形制品中的粘結(jié)材料冷卻到一個(gè)確定的點(diǎn)，粘結(jié)材料硬化并將中間合金顆粒結(jié)合在一起?？赡艿膶⑷炕虿糠只旌衔镂锢沓尚螢樾枰闹破返姆椒òㄔ谡辰Y(jié)材料熔點(diǎn)處或熔點(diǎn)之上鑄造、模塑、擠壓、注射造型、?；捅∧D壓。更具體的可能的成形技術(shù)的非限制性例子包括將粉化或?；蟮挠袡C(jī)聚合物粘結(jié)材料與粒狀中間合金混合，然后在將混合物擠壓成所需形狀的成形制品的同時(shí)進(jìn)行加熱。或者，將粒狀粘結(jié)材料(一種或多種)和中間合金(一種或多種)混合，混合物在擠壓過(guò)程中加熱，之后再經(jīng)擠壓裝置擠壓以進(jìn)一步混合混合物組分，接著將經(jīng)過(guò)兩次擠壓的混合物注射造型為所需形狀的成形制品。本發(fā)明公開的成形制品在材料熔融以成形為錠或合金的其他結(jié)構(gòu)之前可以為適合于加入到金屬熔體或者原材料的混合物(也就是熔體的各個(gè)組分)中去的任何形狀和尺寸。例如，成形制品的形狀可以是選自小球、棍、棒、條、彎曲形狀、星形、分叉形、多邊體、碗狀物、圓錐體、圓柱體、球體、橢圓體、彎曲的“C”形、千斤頂形(jack shape)、板片和直角形中的一種。優(yōu)選的，當(dāng)與原材料混合時(shí)所選的形狀要使成形制品可以松散的與原材料連結(jié)， 并且不會(huì)分離或離析。例如在制備某種鈦合金熔體的特定情況下，優(yōu)選是當(dāng)其與鈦海綿和 /或鈦廢料以及任何其它可能加入以形成金屬熔體的物料混合時(shí)所選擇的形狀相對(duì)于其它組分相當(dāng)固定。在處理材料過(guò)程中的任何時(shí)間成形制品從其它熔融原料中離析都是不合要求的。所成形的形狀含有多臂、突起和/或隆起以及所成形的形狀含有多個(gè)彎曲或角是有利的，因?yàn)橛芍虚g合金/粘結(jié)劑的混合物所成形的物件具有這樣的形狀通常不太容易向下穿過(guò)熔融原料或是移動(dòng)到原料的頂部。認(rèn)為有幾種比較有利的成形制品形狀如圖1(a)(彎曲的“C”形)、1 (b)(千斤頂形)、1 (c)(板片)、1 (d)(棒)、1 (e)(直角形)和1 (f)(條形)。個(gè)別成形制品需要的尺寸至少在某種程度上取決于制品的目的用途。例如，熔體中包含的原料的尺寸可能會(huì)對(duì)成形制品需要的尺寸造成影響所提供的成形制品的尺寸與熔體原料的尺寸相近似可能有利于更好的確保熔體組分均勻混合且成形制品在處理過(guò)程中不具有不可接受的從混合物中離析的傾向。盡管成形制品可以為任何合適的尺寸，在特定的非限制性實(shí)施方案中本發(fā)明公開的成形制品在用于制備鈦合金熔體時(shí)是以顆粒形式提供(與例如長(zhǎng)條形和長(zhǎng)棒形的成形制品相反)，一般應(yīng)該具有不大于約IOOmm的直徑，優(yōu)選不大于約3mm，且更優(yōu)選不大于約1mm。在另一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，成形制品以板片形狀提供例如由在包含有壓縮鈦廢料棒條的組分成形鈦合金時(shí)是很有利的。在這種情況下，例如，板片約10至約IOOOmm寬，約0.5至約IOmm厚。有關(guān)向鈦熔體中添加氧，可以看到通常采用二氧化鈦與諸如乙烯醋酸乙烯酯 (EVA)、低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)之類的有機(jī)聚合物粘結(jié)劑制備本發(fā)明公開的成形制品，其密度與鈦相近。這種相似性有助于防止成形制品從成形制品和諸如鈦海綿和廢料之類的鈦初始原料的均勻混合物中離析。鈦廢料和鈦海綿原料通常的尺寸范圍從粉末尺寸一直到直徑約1500mm的多面體。相應(yīng)的，按照本發(fā)明公開由二氧化鈦和粘結(jié)材料制得具有相近尺寸的成形制品以進(jìn)一步抑止成形制品從成形制品和鈦原料的均勻混合物中離析。鐵也是一種常用的加到鈦和某些其他合金諸如鋁合金之類的通用合金。由于鐵和氧通常添加到鈦合金和某些其它合金中，這似乎可以推斷出鐵的氧化物應(yīng)該是有利的中間合金。鐵的氧化物價(jià)格也相當(dāng)?shù)牡土?。然而，鐵的氧化物與鈦的組合會(huì)自發(fā)地發(fā)生劇烈的放熱的鋁熱反應(yīng)。(鋁熱反應(yīng)是用于某些燃燒彈)。制備含有粒狀氧化鐵中間合金和包覆氧化鐵顆粒的粘結(jié)劑并將其結(jié)合在一起的本發(fā)明公開的成形制品的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這能夠阻止鋁熱反應(yīng)發(fā)生。因此，按照本發(fā)明公開制造含有粘結(jié)材料的成形制品能夠在鈦進(jìn)行合金化時(shí)向鈦中加入氧化鐵有安全性。
在制備鈦合金熔體的某些方法中，制備廢鈦原料的大條狀集合物，并增量地添加至加熱爐中。圖2是這種“條”的照片，其中主要的廢原料是廢棄的鈦齒輪，其在不同的點(diǎn)焊接在一起從而形成這種條。這種廢棄原料的條可以為，例如，其橫斷面為約30英寸X30 英寸，長(zhǎng)約為240英寸。其難以將粉末狀的二氧化鈦中間合金添加至該條上。例如，將二氧化鈦粉末直接置于或倒入該多孔條中，將導(dǎo)致粉末經(jīng)廢料面落下并污染制備區(qū)。根據(jù)本發(fā)明公開的一個(gè)非限制性方面，可以制作出包含一種或多種中間合金顆粒和粘結(jié)材料的長(zhǎng)棒或其它伸長(zhǎng)的成形制品。制品可以制成以包括能夠知曉單位長(zhǎng)度的一種或多種中間合金顆粒的重量。在制作條棒的過(guò)程中可以將伸長(zhǎng)成形制品的特定長(zhǎng)度包括在諸如圖2中所示的鈦廢料條棒中，從而這種條棒將包含有相對(duì)于條棒的鈦含量所需要濃度的合金化材料，而且制品伸長(zhǎng)的幾何形狀有助于沿著條棒的長(zhǎng)度適當(dāng)分布合金化添加劑。 在要求合金化元素濃度相當(dāng)高的情況下，可以在一個(gè)條棒中包括多條伸長(zhǎng)的成形制品。也可以將伸長(zhǎng)的成形制品加工成多種單位長(zhǎng)度的中間合金的不同重量的形式以允許按照要熔化的具體合金更精確的添加合金化添加劑。當(dāng)然，這可以理解，這種伸長(zhǎng)的中間合金/粘結(jié)劑制品不限用于制備鈦合金，也適宜用于制備其它合金和用于其它適宜用途。按照本發(fā)明公開的伸長(zhǎng)的中間合金顆粒/粘結(jié)劑成形制品的另一個(gè)實(shí)施方案中成形制品可以被加工成明確地與制備的原料的全部或局部表面尺寸相同尺寸(長(zhǎng)χ寬) 的板片。例如，對(duì)于上述如圖2所示的30 X 30 X 240英寸鈦原料條塊，含有二氧化鈦中間合金顆粒的成形制品可制成板片，其尺寸約為30XM0X 1/8英寸并放置在鈦廢料條塊尺寸為30X240英寸的補(bǔ)充面上。對(duì)于本實(shí)施方案而言一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是板片狀的成形制品將會(huì)有助于提高條棒的機(jī)械強(qiáng)度，從而改進(jìn)條棒在處理過(guò)程中的耐破壞性。不管伸長(zhǎng)的成形制品是否與棍狀或板狀的廢料原料的條棒相聯(lián)結(jié)，成形制品可位于條棒之上或其內(nèi)部從而在成形制品中的二氧化鈦和聚合物或是其它粘結(jié)材料組分在條棒由例如電子束槍增量地熔融時(shí)得以在成形制品中充分均勻的熔化。在這種情況下，成形制品中的合金化添加劑均勻混合并在條棒熔化時(shí)以需要的濃度進(jìn)入所得的熔流。與前述的例子一樣，制成相當(dāng)薄的片狀的成形制品可以用于生產(chǎn)鈦合金以外的其它合金。接下來(lái)是用于說(shuō)明本發(fā)明公開的某些成形制品的非限制性實(shí)施方案的某些方面的幾個(gè)例子。這應(yīng)該理解，下面的例子僅僅是用于說(shuō)明成形制品的某些實(shí)施方案，而并不是要以任何方式對(duì)本發(fā)明公開的范圍加以限制。這還應(yīng)理解為本發(fā)明公開所包含的整個(gè)范圍更好的由本發(fā)明說(shuō)明書所附權(quán)利要求所指出。
實(shí)施例實(shí)施例1為了對(duì)按照本發(fā)明公開制備的成形制品的實(shí)施方案加以評(píng)價(jià)進(jìn)行了一項(xiàng)研究。通過(guò)熔化和鑄造原材料而制備了三個(gè)金屬小珠。第一個(gè)試樣(1#小珠)由800克的尺寸通常為2X2X1/8英寸的ASTM 2級(jí)鈦片夾片鑄造而成。第二個(gè)小珠( 小珠)通過(guò)熔化800 克同樣的鈦片夾片和1克杜邦Ti-PURE R- 700平均粒度為約0. 26微米的金紅石二氧化鈦粉末的混合物制得。第三個(gè)小珠(3#小珠)通過(guò)從800克相同的鈦片夾片制得的熔體， 向其中加入1克由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)聚合物粘結(jié)劑粘結(jié)成球的二氧化鈦粉末制得。如圖3中所示的二氧化鈦/乙烯醋酸乙烯酯(EVA)粘結(jié)劑小球，它得自一家聚合物生產(chǎn)廠商，大體上為球形，直徑范圍在約2至約10mm，并含有約70重量％的二氧化鈦顆粒和大約30重量％的作為粘著二氧化鈦顆粒的粘結(jié)劑的EVA。本發(fā)明實(shí)施例中使用的球化二氧化鈦/乙烯醋酸乙烯酯(EVA)材料是市場(chǎng)上可以獲得的用于注塑工業(yè)中的白色顏料添加劑。據(jù)本發(fā)明人所知，這種材料從未對(duì)以合金化金屬熔體的目的而進(jìn)行過(guò)促銷、推廣或是進(jìn)行過(guò)建議。因此，可以相信出于金屬熔體合金化目的生產(chǎn)的這種材料從未提供或銷售。從幾個(gè)大型聚合物生產(chǎn)商處可以獲得用作塑料生產(chǎn)中添加的白色顏料的不同類型的含有二氧化鈦和聚合物粘結(jié)劑的小球。某些這種白色顏料小球滿足這里討論過(guò)的粘結(jié)材料的要求并可以用作按照這里描述過(guò)的金屬熔體合金化方法中的中間合金/粘結(jié)劑成形制品。然而，市場(chǎng)上可以獲得的二氧化鈦聚合物小球的二氧化鈦的載入量低于最佳值(典型值為約70重量％的二氧化鈦)。按照本發(fā)明公開制得并使用的成形制品中優(yōu)選載有更多的二氧化鈦或是一些其它中間合金并含有有機(jī)聚合物粘結(jié)材料，因?yàn)檫@樣可以降低成形制品中的碳濃度。市場(chǎng)上可以獲得的二氧化鈦/有機(jī)聚合物粘結(jié)劑小球的典型直徑為大約5mm，這種小球應(yīng)該與，例如，具有大約相同的尺寸的金屬熔體原料進(jìn)行很好的混合。然而，典型的鈦的原料供料的直徑大約為50mm，故優(yōu)選將市場(chǎng)上可以獲得的5mm直徑二氧化鈦/有機(jī)聚合物小球成形為更大的形狀以致更好的與50mm的鈦原料加料進(jìn)行混合?？梢耘c市場(chǎng)上可以獲得的二氧化鈦/有機(jī)聚合物顏料小球的制造廠商商議以獲得定制尺寸并具有用于本發(fā)明公開中的合金化方法中含中間合金的成形制品的優(yōu)選特性的小球。采用常規(guī)的鈦的金屬小球試樣熔化器進(jìn)行小珠的制備。如同本領(lǐng)域內(nèi)公知的那樣，小珠熔化器是一個(gè)大型的帶有封閉在惰性氣氛下焊接區(qū)域的惰性氣體保護(hù)鎢極電弧焊 (TIG)裝置。在焊接區(qū)域保持氬氣的正壓并防止空氣中氧、氮的污染。本實(shí)施例中使用的小珠熔化器能夠熔化10克至2公斤的小珠。將準(zhǔn)備熔化的材料形成一個(gè)電弧并形成一個(gè)熔池。然后熔池固化成小珠，將小珠反轉(zhuǎn)和再熔化數(shù)次以確保整個(gè)小珠的均勻性。小珠在冷卻后通過(guò)一個(gè)氣閘移出。在熔化2#和3#小珠時(shí)對(duì)材料進(jìn)行觀察以確定二氧化鈦如何優(yōu)良地融入小珠的情況。也對(duì)3#小珠進(jìn)行觀察以評(píng)估在粘結(jié)劑的分解過(guò)程中是否有不能接受的量的氫氣放出。 乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的化學(xué)分子式為CH2CH00CCH3且原子量為86。有機(jī)聚合物材料含有 56重量％的碳、沈重量％的氧和7重量％的氫。在用于熔化供料材料的高溫下在其分解時(shí)， 釋放的氧溶入熔體，同時(shí)相對(duì)較少量的釋出的氫絕大部分氣化進(jìn)入熔體上部的氣氛中。粘結(jié)劑分解時(shí)放出的碳溶解在熔體中并對(duì)鈦進(jìn)行合金化提高它的強(qiáng)度。為了確保按照本發(fā)明公開采用二氧化鈦/有機(jī)聚合物成形制品對(duì)鈦進(jìn)行合金化時(shí)不會(huì)有過(guò)量的碳溶入熔體，優(yōu)選選擇一種含有充足的氧的用于需要融合的鈦而同時(shí)不會(huì)給熔體引入過(guò)高濃度碳的成形制品。因此，盡管在本實(shí)施例中采用的二氧化鈦/有機(jī)聚合物粘合劑的中間合金含有30重量％的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，如果對(duì)合金中碳的加入量容限需要同樣多，也可以使用其它粘結(jié)材料。這種可供選擇的材料可以包括例如蠟、一種更低分子量的有機(jī)聚合物粘結(jié)劑濃度和/或一種碳含量低于乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的有機(jī)聚合物粘結(jié)劑。在熔化材料制備3#小珠時(shí)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有在小球內(nèi)包含的二氧化鈦/粘結(jié)劑小球和沒(méi)有在小球內(nèi)包含的二氧化鈦粉末漂浮在熔體的頂部。該觀察結(jié)果是包含在小球內(nèi)的二氧化鈦顆粒完全被熔體吸收的證據(jù)。觀察到小球中的有機(jī)聚合物在熔化過(guò)程中在粘結(jié)劑分解時(shí)變黑并被熔化。粘結(jié)劑分解時(shí)產(chǎn)生的氫氣的量并不認(rèn)為會(huì)成為問(wèn)題。在制備姊小珠的過(guò)程中能夠同樣觀察到在起始原料中沒(méi)有二氧化鈦粉末顆粒漂浮在熔體頂部。當(dāng)然，為形成每個(gè)小珠而被熔化材料的體積是有限的，相信在被熔化材料的體積更大時(shí)更有可能發(fā)生二氧化鈦粉末不完全融入熔體的問(wèn)題。所測(cè)得的三個(gè)測(cè)試小珠的碳、氧和氮含量以及預(yù)計(jì)的2#、3#小珠中上述元素的濃度如下表1所示。預(yù)計(jì)的濃度是基于已知的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)粘合劑中的碳、氧的濃度和已知的二氧化鈦粉末中的氧濃度計(jì)算而得出的。表 1
材料碳(重量％)氧(重量％)氮 (重量％)1#小珠(標(biāo)準(zhǔn)鈦)0.0160.1510.0082#小珠的實(shí)際化學(xué)成分 (Ti+Ti02 粉末)0.0160.1920.0062#小珠的預(yù)計(jì)化學(xué)成分0.0160.2010.0083#小珠的實(shí)際化學(xué)成分 (Ti+Ti02 粉末)0.0300.1920.0063#小珠的預(yù)計(jì)化學(xué)成分0.0370.1960.008如圖3所示的將可以商購(gòu)得到的70重量％的二氧化鈦/乙烯醋酸乙烯酯(EVA) 小球用于本實(shí)施例中。因此，本發(fā)明公開也包含了將市場(chǎng)上可以獲得的具有本發(fā)明公開成形制品的組成和結(jié)構(gòu)的材料用作金屬熔體合金化添加劑的方法發(fā)明。如上所述，據(jù)信這種球化的材料從未作為金屬熔體的合金化添加劑提供或銷售，而是作為塑料生產(chǎn)中的顏料添加劑出售。而且，這應(yīng)該理解為本實(shí)施例中含有二氧化鈦顆粒/乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的小球的實(shí)施方案能夠進(jìn)行制備或者說(shuō)能夠獲得。這樣的實(shí)施方案可以包含例如不同的中間合金和/或不同的粘結(jié)材料，可以是具有不同的形狀和/或尺寸并且可以通過(guò)不同的技術(shù)制造。這種小球可以通過(guò)采用例如擠壓或注塑成型技術(shù)來(lái)制備。其它的可能性對(duì)于那些具有普通技能的人員而言是顯然的。按照本發(fā)明公開制備的小球形的成形制品能夠在很多途徑中使用。例如，將小球與熔體供料在將混合物加入熔爐前進(jìn)行均勻的混合。另一種可能的技術(shù)涉及在復(fù)合物料剛進(jìn)入到熔化爐膛前直接將小球以同步方式與原熔融供料加入爐中。優(yōu)選的，小球的尺寸和 /或密度與小球加入其中的供料原材料的單塊尺寸和/或密度相似以改善小球與原供料材料的混合。實(shí)施例2采用具有一很窄粒徑分布且平均顆粒直徑為0. 26微米的杜邦Ti-PURE 二氧化鈦粉末制得本發(fā)明范圍內(nèi)的成形制品。采用的粘結(jié)材料是低密度聚乙烯(LDPE)。二氧化鈦的填入量為82重量％，據(jù)信這樣可以提供很好的允許二氧化鈦/粘結(jié)劑混合物成功擠壓為成形制品的潛力。另外，相對(duì)較低18重量％的粘結(jié)劑含量據(jù)信是有利的，因?yàn)槠湎拗屏顺尚沃破返奶己?。將二氧化鈦和低密度聚乙?LDPE)粉末在一個(gè)轉(zhuǎn)筒中均勻混合約4個(gè)小時(shí)。在混合過(guò)程中，將物料加熱至低密度聚乙烯(LDPE)的熔點(diǎn)之上從而使液化的低密度聚乙烯(LDPE)涂敷在氧化物顆粒上。然后將加熱后的二氧化鈦和低密度聚乙烯(LDPE)的混合物進(jìn)行擠壓。擠壓可以使用任何合適的擠壓裝置，諸如單螺桿或雙螺桿擠壓機(jī)。加熱后的混合物被擠壓成各種長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)的圓柱形，并具有直徑為3mm或9mm。圖4所示是按照本實(shí)施例制備的某種3mm直徑棒狀圓柱形擠出物的圖片。擠出物可以用于多種用途。例如，為添加到廢料尺寸的原料供料，擠出的棒可以成形的長(zhǎng)度為，例如直到約IOOmm的直徑和直到約10米的長(zhǎng)度?？梢詫D出物的長(zhǎng)度切成較小的長(zhǎng)度，例如約10到約100mm，并與原料供料進(jìn)行混合。對(duì)于添加諸如圖2中所示的條狀的原料供料時(shí)，可以將擠出棒切成約300mm到約4000mm的長(zhǎng)度塊并通過(guò)將長(zhǎng)度塊摻入原料供料條而添加到熔體中。盡管圖4中所示的成形制品具有簡(jiǎn)單的圓柱形狀，應(yīng)該理解擠壓出的形狀可以為任何能夠使用適合于從本文所述中間合金/粘結(jié)劑混合物制備成形制品的擠壓裝置和擠壓模具得到的尺寸和橫斷面形狀?？晒┻x擇的擠出物的橫截面形狀的非限制性實(shí)施例包括矩形、十字形和包括帶有多臂形在內(nèi)的其它形狀。另外， 盡管圖4所示的為伸長(zhǎng)的圓柱形狀，這應(yīng)該理解為這樣的形狀可以通過(guò)合適的裝置切成較短的長(zhǎng)度或是甚至切成小塊。當(dāng)然，盡管本實(shí)施例中用于制備成形制品的設(shè)備為擠壓裝置， 其它造型設(shè)備諸如模壓機(jī)、注射壓機(jī)和造粒機(jī)之類均可采用并最終的成形制品可以被制成任何合適的形狀。圖5所示是本實(shí)施例中制備的一個(gè)擠壓圓柱形成形制品的橫斷面示意圖。成形制品100包括圓周邊110其環(huán)繞著一個(gè)連續(xù)的低密度聚乙烯(LDPE)粘結(jié)材料母體相112和一個(gè)分散在母體相中的二氧化鈦顆粒不連續(xù)相114。粘結(jié)劑相112將二氧化鈦顆粒114粘結(jié)在一起，但在經(jīng)受用于形成金屬熔體的高的熔化溫度時(shí)它將分解并釋放出顆粒114。二氧化鈦顆粒114在母體相中的散布是與單位長(zhǎng)度的成形制品100的中間合金的含量成比例的。本實(shí)施例的棒狀成形制品可通過(guò)很多方式加以應(yīng)用，包括下面的非限制性實(shí)施例?？梢詫⒈緦?shí)施例的棒狀成形制品切成較短的長(zhǎng)度，可以通過(guò)多種技術(shù)將得到的碎塊加入到廢料或其它熔體給料物質(zhì)中。例如，如上所述，切成的長(zhǎng)度的制品可以在組合物料加入熔爐內(nèi)之前與原料供料進(jìn)行充分均勻的混合?；蛘?，切成的長(zhǎng)度制品可以通過(guò)例如中間合金料倉(cāng)加入以致以預(yù)定的計(jì)量比例自動(dòng)加入到廢料中，或者切成的長(zhǎng)度的制品可以與原料供料在組合物料進(jìn)入到爐膛開始熔化之前直接以同步方式加入到熔煉裝置中。切成的長(zhǎng)度的制品的尺寸優(yōu)選能夠促進(jìn)均勻混合且能夠在組合物料處理或擠撞過(guò)程中防止離析。 例如，可以將本實(shí)施例的二氧化鈦顆粒和低密度聚乙烯(LDPE)粘結(jié)劑擠出物切成3mm或 9mm的長(zhǎng)度，可以將碎塊加入到海綿鈦和/或廢料中并在雙錐形混合器或其它適合的混合裝置中一起混合。如果鈦海綿和/或廢料塊為，例如，約2至4英寸，則可以將9mm直徑的棒狀成形制品切成約4英寸長(zhǎng)的長(zhǎng)度塊?；蛘呷绻＞d鈦和/或廢料塊為，例如，約0. 1至
12英寸，則可以將3mm或9mm直徑的棒狀成形制品切成約0. 5英寸長(zhǎng)的長(zhǎng)度塊。這種非限制性的組合物似乎能夠促進(jìn)均勻的混合并能抑制以后的離析。也可以將本實(shí)施例中棒狀成形制品切成幾英尺長(zhǎng)并加入到如圖2中所示的用廢料固體做成的條棒上?？梢詫⑶谐龅闹破贩胖迷跅l棒的整個(gè)長(zhǎng)度上或是僅僅在條棒需要的部分或區(qū)域內(nèi)。例如，可以將本實(shí)施例制備的二氧化鈦顆粒和低密度聚乙烯(LDPE)粘結(jié)劑的3mm和/或9mm的擠出物切成5到20英尺的長(zhǎng)度，并包含于用于作制備鈦合金的鈦廢料固體做成的條棒內(nèi)。如上所述，本文描述過(guò)的成形制品的特定實(shí)施例不應(yīng)視為對(duì)以下權(quán)利要求范圍的限制。例如，可以將成形制品制成很多本文沒(méi)有明確提到的不同形式。盡管前面所述已經(jīng)很有必要的給出了本發(fā)明有限數(shù)量的實(shí)施方案，那些具有相關(guān)領(lǐng)域普通技能的人員將有可能會(huì)改變?cè)谶@里為了解釋本發(fā)明的本質(zhì)而進(jìn)行的描述和說(shuō)明的實(shí)施例所設(shè)定的組分、組成、細(xì)節(jié)、材料以及的工藝參數(shù)，都可進(jìn)行各種改變，而所有這些修改仍將處于本發(fā)明的原理和范圍之內(nèi)，并屬于所附的權(quán)利要求之內(nèi)。在不偏離本發(fā)明廣泛的發(fā)明概念的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員也將有可能對(duì)上述實(shí)施方案加以修改。因此，這應(yīng)該理解為本發(fā)明并不局限于所公開的具體實(shí)施方案，但其有意包括在權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的原理和范圍之中的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于將合金添加物添加至金屬熔體的成形制品，該成形制品包括至少一種中間合金的顆粒，其中該中間合金顆粒為二氧化鈦；以及一種粘結(jié)材料，其結(jié)合中間合顆粒于成形制品中，其中該粘結(jié)材料包括有機(jī)聚合體，且當(dāng)將該成形制品加熱至高于 2600C (500° F)的預(yù)定溫度時(shí)，該粘結(jié)材料的形狀改變并釋放中間合金顆粒；且其中所述成形制品包括至少18重量％的有機(jī)聚合體。
2.權(quán)利要求1所述的成形制品，其中該成形制品具有預(yù)定密度、預(yù)定形狀以及預(yù)定尺寸中的至少一種。
3.權(quán)利要求1所述的成形制品，其中該成形制品的形狀選自小球形、棍形、桿形、棒形、 彎曲形、星形、枝形、多面體形，碗狀物、錐形、圓柱形、球形、橢圓體形、含多個(gè)凸出物的形狀、含多個(gè)曲面的形狀、含多角的形狀、千斤頂形、片形以及直角形。
4.權(quán)利要求3所述的成形制品，其中所述成形制品具有彎曲的“C”形。
5.權(quán)利要求1所述的成形制品，其中該成形制品的直徑不超過(guò)100mm。
6.權(quán)利要求1所述的成形制品，其中該成形制品的直徑不超過(guò)3mm。
7.權(quán)利要求1所述的成形制品，其中該成形制品的直徑不超過(guò)1mm。
8.權(quán)利要求1所述的成形制品，其中該粘結(jié)材料是選自熱塑性聚合體、熱固聚合體、乙烯醋酸乙烯酯、聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、尿素甲醛、以及甲醛化合物中的至少一種有機(jī)聚合體。
9.權(quán)利要求1所述的成形制品，其中該成形制品具有一種已知的碳含量。
10.一種制備用于合金化金屬熔體的制品的方法，該方法包括提供一種充分均勻的包含中間合金顆粒和粘結(jié)材料的混合物，其中所述粘結(jié)材料包括至少一種有機(jī)聚合體；和由至少部分的該混合物形成根據(jù)權(quán)利要求1的制品，其中所述制品包括至少18重量％ 的有機(jī)聚合體。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中該方法進(jìn)一步包括加熱該混合物，其至少先于從至少部分混合物中形成制品或同時(shí)從至少部分混合物中形成制品。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其中該有機(jī)聚合體為熱固性聚合體，且進(jìn)一步其中形成制品包含固化該聚合體。
13.權(quán)利要求10所述的方法，其中由至少部分的混合物形成制品，其包含選自鑄造、模壓、擠壓、注射造型、?；约氨∧D壓中的至少一種技術(shù)。
14.一種制備合金的方法，該方法包括根據(jù)權(quán)利要求10至13任一項(xiàng)的方法形成制品；制備充分均勻的包括原料和多個(gè)成形制品的混合物，所述成形制品包含預(yù)定量的中間合金，其中該中間合金顆粒為二氧化鈦，以及一種粘結(jié)材料，其中該粘結(jié)材料包括有機(jī)聚合體，且所述成形制品包括至少18重量％的有機(jī)聚合體，且其中，該粘結(jié)材料在大于 2600C (500° F)的預(yù)定溫度下分解從而釋放中間合金的顆粒；和將該充分均勻的混合物的至少一部分加熱至高于預(yù)定溫度的溫度以提供熔體。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中制備充分均勻的混合物和加熱至少部分充分均勻的混合物同時(shí)發(fā)生。
16.權(quán)利要求14所述的方法，其中制備充分均勻的混合物包括，在熔融該充分均勻的混合物的至少一部分之前，以可控的方式將許多成形制品添加至至少部分原料的物流中。
17.權(quán)利要求14所述的方法，其中當(dāng)加熱至預(yù)定溫度時(shí)，該有機(jī)聚合體分解，從而釋放出被熔體吸收的碳、氧以及氮中的至少一種。
18.權(quán)利要求14所述的方法，其中該合金為鈦合金。
19.權(quán)利要求18所述的方法，其中該原料包括鈦廢料和海綿鈦中的至少一種。
20.權(quán)利要求14所述的方法，其中中間合金顆粒的直徑不大于100mm。
21.權(quán)利要求14所述的方法，其中中間合金顆粒的直徑不大于3mm。
22.權(quán)利要求14所述的方法，其中中間合金顆粒的直徑不大于1mm。
23.權(quán)利要求14所述的方法，其中該有機(jī)聚合體是選自熱塑性聚合體、熱固性聚合體、 乙烯醋酸乙烯酯、聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、尿素甲醛、以及甲醛化合物中的至少一種材料。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及通過(guò)添加成形制品，如含中間合金如TiO2的球團(tuán)，用氧合金化熔體的問(wèn)題，尤其是鈦熔體。該制品應(yīng)該充分、均勻地分散于該熔體中，同時(shí)熔體的碳含量應(yīng)低于允許的最大值，優(yōu)選低于0.04重量％。該成形制品也包括鐵或鈀。為解決上述問(wèn)題，該成形制品由70-82重量％的中間合金以及18-30重量％的高碳有機(jī)聚合體如乙烯醋酸乙烯酯或低密度聚乙烯構(gòu)成。這種均勻分散體可以通過(guò)例如具有與添加至熔體中其他原料相似尺寸的成形制品而獲得。
文檔編號(hào)C22C1/03GK102392146SQ201110371658
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者蒂莫西.F.索蘭, 馬修.J.阿諾德 申請(qǐng)人:Ati資產(chǎn)公司