鋁-鈧合金的生產(chǎn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明廣泛地設(shè)及由侶和氯化筑生產(chǎn)侶-筑系合金的方法。 陽00引發(fā)明背景
[0003] 筑（Sc)金屬的主要應(yīng)用是在許多用于航空部件和奢侈品及高性能運動器材的侶 (A1)合金中作為次要的合金化添加劑。盡管筑的成本很高，但其在A1合金中的應(yīng)用領(lǐng)域卻 越來越引人關(guān)注，運是因為當(dāng)對運些合金添加筑時其會誘導(dǎo)產(chǎn)生引人矚目的特性。在航空 工業(yè)中使用M-Sc合金受到特別關(guān)注，因為Sc的添加改善了A1合金的可焊性。運可使得 當(dāng)將運類合金用作航空應(yīng)用中的外殼部件時能夠通過焊接而非目前所采用的較昂貴的馴 接技術(shù)來進行接合。然而，擴大目前有限的M-Sc合金市場取決于降低筑的成本并建立起 安全可靠的生產(chǎn)及加工路線。
[0004] A^Sc合金含有與A1基質(zhì)粘結(jié)的細AlsSc沉淀物。AlsSc沉淀物往往會影響若干 種合金特性，包括強度、可焊性和再結(jié)晶行為。通過對A1合金添加Sc可W獲得=種主要效 果：（i)鑄造或焊接期間在受熱影響的區(qū)域中晶粒細化，（ii)自AlsSc顆粒的沉淀硬化，和 (iii)自AlsSc分散膠體的晶粒結(jié)構(gòu)控制。對A1添加Sc通過在受熱影響的焊接區(qū)減少再 結(jié)晶并限制過度晶粒生長而改善其可焊性。另外，已表明AlsSc細分散體的存在除了提供 優(yōu)良的疲勞性質(zhì)外還提高粗晶粒的二元A1合金的強度和抗蠕變性，而所得到的合金適合 進行冷鍛造、熱鍛造或采用真空模鑄法進行鑄造。 陽0化]添加一些其它金屬與Sc相組合可放大Sc對A1合金的有利影響；例如，由于Al3(Sc，Zr)分散膠體的殼結(jié)構(gòu)原因，已知使用錯-筑添加劑是特別有效的。已知錯狂r)通 過WZr替換ScW形成AI3(Scux>Zrx)沉淀物而提高Al-Sc合金的強度和耐再結(jié)晶性，所述 沉淀物相比于AlsSc具有降低的粗化動力學(xué)。已表明同時添加Sc和Zr協(xié)同促進比單獨添 加Sc或Zr所產(chǎn)生的強度高得多。然而，目前生產(chǎn)M-Sc合金的技術(shù)已面臨諸多困難。使 Sc金屬直接與侶烙體合金化是緩慢的，并且可能需要延長的時間W溶解體相Sc金屬或Sc 母合金塊，除非將烙體加熱到超過115(TC。此外，運種方法需要追加生產(chǎn)高純Sc金屬的成 本。最常用的筑純化方法始于生產(chǎn)筑面化物（例如氯化筑），然后將其轉(zhuǎn)化成氧化物，并且 然后轉(zhuǎn)化成金屬。
[0006] 對A1添加Sc的另一種方法設(shè)及直接在A1烙體中還原高純氧化筑W生產(chǎn)Al-Sc 錠。
[0007] 可取的是生產(chǎn)優(yōu)選為粉末形式的Al-Sc系合金及母合金的方法成本較低。如果運 種方法能夠形成采用目前構(gòu)成元素不能化學(xué)相容的烙體路線無法獲得的化合物，則其是特 別有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了由侶和氯化筑生產(chǎn)侶-筑系合金的方法，所述方 法還生產(chǎn)氯化侶作為副產(chǎn)物，并且包括在反應(yīng)區(qū)中存在侶且有利于生產(chǎn)侶-筑系合金的反 應(yīng)條件下還原氯化筑的步驟。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供了由侶和含筑材料生產(chǎn)侶-筑系合金的方法， 所述方法包括在侶存在下在反應(yīng)區(qū)中且有利于生產(chǎn)侶-筑系合金的反應(yīng)條件下降低來自 含筑材料的筑的氧化態(tài)。
[0010] 在一些實施方案中，有利于生產(chǎn)侶-筑系合金的反應(yīng)條件包括在產(chǎn)生氯化侶時將 其至少一些從反應(yīng)區(qū)中移除。
[0011] 在一些實施方案中，有利于生產(chǎn)侶-筑系合金的反應(yīng)條件包括在反應(yīng)區(qū)中稀釋氯 化侶。
[0012] 在一種形式中，所述方法包括在高達1000°C的溫度下加熱氯化筑和侶的混合物并 從反應(yīng)區(qū)中移除至少一些氯化侶。在一種形式中，移除氯化侶設(shè)及保持反應(yīng)區(qū)中降低的氯 化侶分壓。
[0013] 也可W通過在反應(yīng)區(qū)中稀釋氯化侶而有利于還原反應(yīng)。在一種形式中，稀釋氯化 侶設(shè)及保持反應(yīng)區(qū)中降低的氯化侶分壓。
[0014] 在其它實施方案中，可W通過使氣體（優(yōu)選惰性氣體）流過反應(yīng)區(qū)的方式在反應(yīng) 區(qū)中移除和/或稀釋氯化侶。
[0015] 可W侶金屬或W侶合金或化合物的形式對反應(yīng)區(qū)提供A1。
[0016] 在所述方法中與氯化筑一起使用的A1的量取決于要生產(chǎn)的所需M-Sc合金，并 且在一個優(yōu)選的形式中對應(yīng)于將送到反應(yīng)區(qū)的所有可還原物質(zhì)（包括氯化筑及任何其它 可還原的合金化添加劑）還原到它們的元素金屬基態(tài)所需的化學(xué)計量的量加上要生產(chǎn)的 A^Sc合金中A1的所需濃度。
[0017] 在另一種形式中，在所述方法中與氯化筑一起使用的A1的量對應(yīng)于將送到反 應(yīng)區(qū)的所有可還原物質(zhì)還原到它們的元素金屬基態(tài)所需的A1量的100原子（at) %與 lOOOOat% 之間。 陽01引在一些實施方案中，反應(yīng)條件包括160°C、優(yōu)選200°C的最低溫度。
[0019] 在一些實施方案中，反應(yīng)條件包括至少具有至少600°C、優(yōu)選至少700°C的溫度的 反應(yīng)區(qū)段。
[0020] 在一些實施方案中，反應(yīng)條件包括介于600°C與1000°C之間的最高溫度。
[0021] 在一些實施方案中，所述方法還包括在還原步驟之前將包含氯化筑和侶及任選其 它合金化添加劑的反應(yīng)物預(yù)加熱（如）到至少160°c。
[0022] 在一些實施方案中，將反應(yīng)物預(yù)加熱到低于反應(yīng)區(qū)中的最低溫度的溫度。
[0023] 在一些實施方案中，反應(yīng)區(qū)具有第一段和第二段，前者中的反應(yīng)條件包括 600-900°C的溫度，后者中的反應(yīng)條件包括600-1000°C的溫度。
[0024] 在一些實施方案中，第二段處于比第一段高的溫度。 陽0巧]在一些實施方案中，反應(yīng)條件包括1己W下、優(yōu)選200毫己W下、優(yōu)選100毫己W下、優(yōu)選10毫己W下、更優(yōu)選0. 01毫己左右的壓力。 陽0%] 在一些實施方案中，反應(yīng)條件包括500毫己W下、優(yōu)選200毫己W下、優(yōu)選100毫 己W下、優(yōu)選10毫己W下、更優(yōu)選0. 01毫己左右的氯化侶分壓。
[0027] 在一些實施方案中，所述方法包括使用抽吸或真空累將反應(yīng)條件壓力施加于反應(yīng) 區(qū)。
[0028] 在一些實施方案中，W固體顆粒的形式對反應(yīng)區(qū)提供氯化筑和侶。
[0029] 在一些實施方案中，提供在一個維度上的平均粒度小于50微米的氯化筑和侶。
[0030] 在一些實施方案中，所述方法包括制備氯化筑和侶的混合物，之后將該混合物送 到反應(yīng)區(qū)。
[0031] 在一些實施方案中，通過混合生產(chǎn)侶-筑系合金所需的化學(xué)計量的量或接近該量 的氯化筑和侶來制備該混合物。
[0032] 在一些實施方案中，所述方法包括將氯化筑和/或侶研磨到在一個維度上的平均 粒度小于50微米。
[0033] 在一些實施方案中，將氯化筑和侶一起研磨。
[0034] 在一些實施方案中，在氯化侶的存在下研磨氯化筑和/或侶。
[0035] 在一些實施方案中，產(chǎn)生的侶-筑系合金為固體顆粒。
[0036] 在一些實施方案中，所述方法包括移動固體在第一方向上通過反應(yīng)區(qū)并且移動氣 體在第二方向上通過反應(yīng)區(qū)。
[0037] 在一些實施方案中，第二方向與第一方向相反。
[0038] 在一些實施方案中，所述方法包括添加用于侶-筑系合金的其它合金化元素到反 應(yīng)區(qū)。
[0039] 在一些實施方案中，可W在還原步驟之前對氯化筑和侶添加其它合金化添加劑， 包括周期表中的任何金屬、半金屬或非金屬元素，W提供其它合金化元素。單獨的其它合金 化元素在Al-Sc系合金中的濃度優(yōu)選不到幾個重量％。
[0040] 在一些實施方案中，W與侶的合金和/或W部分與侶的化合物的形式對反應(yīng)區(qū)提 供一種或多種其它合金化元素。
[0041] 在一些實施方案中，所述方法包括使侶與一種或多種其它合金化元素反應(yīng)和/或 合金化，之后將其與氯化筑混合。
[0042] 在一些實施方案中，其它合金化元素可包括錯、娃、棚或銅中的任一種或多種。
[0043] 在一些實施方案中，反應(yīng)區(qū)位于反應(yīng)器中，反應(yīng)器具有反應(yīng)物入口、產(chǎn)物出口和氣 體出口，所述方法包括通過反應(yīng)物入口將氯化筑和侶送到反應(yīng)器并通過產(chǎn)物出口從反應(yīng)器 中輸出侶-筑系合金。
[0044] 在一些實施方案中，反應(yīng)條件包括從反應(yīng)器的第一端到反應(yīng)器的第二端跨越反應(yīng) 器的壓力梯度，反應(yīng)物入口和氣體出口的位置朝向第一端，且產(chǎn)物出口的位置朝向第二端。
[0045] 在一些實施方案中，施加壓力梯度，由此使反應(yīng)器中在第一端比在第二端壓力低。
[0046] 在一些實施方案中，反應(yīng)條件包括從反應(yīng)器的第一端到反應(yīng)器的第二端跨越反應(yīng) 器的溫度梯度，反應(yīng)物入口和氣體出口的位置朝向第一端，且產(chǎn)物出口的位置朝向第二端。
[0047] 在一些實施方案中，施加溫度梯度，由此使反應(yīng)器中在第一端比在第二端溫度低。
[0048] 在一些實施方案中，反應(yīng)器具有氣體入口，并且所述方法包括通過氣體入口將惰 性氣體輸入到反應(yīng)器里。
[0049] 在一