PL235364B1 - Sposób wytwarzania stopu tytanu z miedzią - Google Patents

Abstract

Wióry ze stopu tytanu Ti6Al4V poddaje się rozdrobnieniu oraz oczyszczaniu, a następnie oczyszczone wióry suszy się poprzez odwirowanie i wygrzewa w temperaturze do 180°C do wyrównania zadanej temperatury w całej objętości wsadu. Następnie do wiórów stopu tytanu Ti6Al4V w ilości od 20 do 60% masowych dodaje się czystą miedź o zawartości minimum 99,8% Cu w ilości od 40 do 80% masowych, korzystnie w postaci granulatu w proporcjach zapewniających oczekiwany skład chemiczny stopu. Wsad umieszcza się w tyglu pieca topialnego w sposób zapewniający wzajemne wymieszanie się składników, po czym wytwarza się próżnię wewnątrz komory pieca i prowadzi się wytop w temperaturze od 1000°C do 1150°C. Po całkowitym roztopieniu wsadu metal wylewa się pod próżnią, bądź w atmosferze ochronnej do formy i pozostawia do ostygnięcia.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stopu tytanu z miedzią oparty na recyklingu odpadów poprodukcyjnych, zwłaszcza w postaci wiórów i drobnych kawałków stopu tytanu Ti6AI4V oraz czystej miedzi.

W trakcie obróbki mechanicznej stopów tytanu powstają wióry stanowiące materiał trudny do recyklingu. Proces topienia tytanu i jego stopów stawia wiele wymagań technologicznych ze względu na dużą reaktywność ciekłego metalu. Jak wynika z układu równowagi miedź-tytan, pierwiastki te tworzą układ z eutektyką, przez co w punkcie eutektycznym zachodzi wzajemne rozpuszczanie się tytanu i miedzi poniżej temperatur topnienia czystych składników.

Ze stosowania znany jest sposób recyklingu wiór tytanu prowadzący do wytworzenia pełnowartościowych stopów tytanu. Proces ten polega na wprowadzaniu oczyszczonych wiórów do gąbki tytanowej w procesie produkcji tytanu.

W przemyśle zajmującym się recyklingiem wiórów z różnych stopów stosowane są urządzenia, bądź całe linie, realizujące proces rozdrabniania, płukania i osuszania wiórów z różnych rodzajów stopów.

Ze zgłoszenia patentowego JP2004299998 znany jest sposób recyklingu wiórów tytanowych polegający na działaniu na wióry amoniakiem, wodnym roztworem nadtlenku wodoru i ewentualnie kwasem. Według tego sposobu można otrzymać folię ochronną, ciekłą powłokę z tlenku tytanu lub nieorganiczne spoiwo.

Jednocześnie dostępne są w sprzedaży zaprawy tytan-miedź przeznaczone między innymi do wytwarzania innych stopów miedzi z tytanem. Głównie występują dwie odmiany stosowanych zapraw, a mianowicie o zawartości 30% Ti reszta Cu oraz 50% Ti reszta Cu.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że różnej wielkości wióry ze stopu tytanu Ti6AI4V poddaje się rozdrobnieniu oraz oczyszczaniu w lotnych rozpuszczalnikach organicznych lub kolejno w wodzie i wodnych roztworach alkaliów z udziałem surfaktantów w temperaturze między 40°C do 80°C i płukaniu w wodzie. Następnie wióry suszy się poprzez odwirowanie i wygrzewa w temperaturze do 180°C do wyrównania zadanej temperatury w całej objętości wsadu. Do przygotowanych wiórów stopu tytanu Ti6AI4V w ilości od 20 do 60% masowych dodaje się czystą miedź o zawartości minimum 99,8% Cu w ilości od 40 do 80% masowych, w postaci granulatu w proporcjach zapewniających oczekiwany skład chemiczny stopu, po czym wsad umieszcza się w tyglu pieca w sposób umożliwiający wzajemne mieszanie się składników. Po załadowaniu wsadu w komorze pieca wytwarza się próżnię wewnątrz komory pieca i prowadzi wytop w temperaturze od 1000°C do 1150°C. Po całkowitym roztopieniu wsadu metal wylewa się pod próżnią, bądź w atmosferze ochronnej, do formy i pozostawia do ostygnięcia.

Korzystnie, rozdrabnianie wiórów przeprowadza się w kruszarce.

Korzystnie, proces oczyszczania prowadzony jest w płuczkach ultradźwiękowych.

Korzystnie, osuszanie wiórów przez wygrzewanie prowadzi się w czasie od 1 do 6 godzin.

Korzystnie, wsad składający się z wiórów tytanowych i czystej miedzi poddaje się brykietowaniu.

Korzystnie, komorę pieca topialnego przed rozpoczęciem wytopu przepłukuje się argonem bądź innym gazem obojętnym.

Korzystnie, wsad w początkowej fazie wytopu przetrzymuje się w temperaturze 400°C przez co najmniej 15 minut.

Zaletą opracowanego rozwiązania jest wykorzystanie materiałów przeznaczonych do recyklingu, który w przypadku wiórów ze stopów tytanu na ogół jest trudny i kosztowny, natomiast miedź zastosowana w procesie według wynalazku może pochodzić z recyklingu przewodów elektrycznych lub drobnych ścinków blach miedzianych. W procesie topienia wsadu metalowego pod próżnią powstaje znikoma ilość zgaru, przez co niemal cały materiał wsadowy przechodzi do uzyskiwanego stopu miedzi z tytanem.

Dzięki rozwiązaniu można otrzymać rozbudowaną grupę stopów o precyzyjnie określonym składzie chemicznym, które między innymi mogą być stosowane jako zaprawy do uzyskiwania innych stopów metali.

P r z y k ł a d I

Odpady w postaci pokruszonych wiórów ze stopu Ti6AI4V płucze się w etanolu przez 3 godziny w temperaturze 50°C. Przepłukane i odsączone wióry umieszcza się w suszarce komorowej i wygrzewa w temperaturze 170°C przez 2 godziny.

PL 235 364 B1

Oczyszczone wióry ze stopu Ti6AI4V i miedź pochodzącą z recyklingu przewodów elektrycznych odważa się w proporcjach masowych 50% wiórów stopu tytanu i 50% miedzi. Wsad umieszcza się w tyglu i rozpoczyna procedurę wytopu próżniowego, osiągając ciśnienie około 1 mbar i przetrzymując wsad w temperaturze 400°C przez czas 15 minut. Stopiony wsad przegrzewa się do temperatury 1050°C i po stopieniu wszystkich składników wylewa do formy. Uzyskany stop zawierał około 50,5% Cu, 43,5% Ti, 2,7% Al i 2% V.

P r z y k ł a d II

Odpady w postaci pokruszonych wiórów ze stopu Ti6AI4V płucze się w płuczce ultradźwiękowej w wodzie przez 20 minut, następnie w wodnym roztworze zawierającym 5% wodorotlenku sodu i 1% trifosforanu sodu z dodatkiem 0,5% laurylosiarczanu sodu, w temperaturze 55°C przez 2 godziny, po czym wsad przepłukuje się w wodzie demineralizowanej. Odwirowane wióry umieszcza się w komorze suszarki i wygrzewa w temperaturze 180°C przez 2 godziny. Oczyszczone wióry ze stopu Ti6AI4V i miedź o czystości 99,9% odważa się w proporcjach masowych 56,4% wiórów stopu tytanu i 43,6% miedzi. Wsad umieszcza się w tyglu i rozpoczyna procedurę wytopu próżniowego, osiągając ciśnienie około 1 mbar i przetrzymując wsad w temperaturze 400°C przez czas 15 minut. Stopiony wsad przegrzewa się do temperatury 1040°C i po stopieniu wszystkich składników wylewa do formy. Uzyskany stop zawierał około 44% Cu, 50% Ti, 2,8% Al i 2,1% V.

P r z y k ł a d III

Odpady w postaci pokruszonych wiórów ze stopu Ti6AI4V płucze się w płuczce ultradźwiękowej w wodzie przez 20 minut, następnie w wodnym roztworze zawierającym 5% wodorotlenku sodu i 1% trifosforanu sodu z dodatkiem 0,5% laurylosiarczanu sodu, w temperaturze 55°C przez 2 godziny, po czym wsad przepłukuje się w wodzie demineralizowanej. Odwirowane wióry umieszcza się w komorze suszarki i wygrzewa w temperaturze 180°C przez 2 godziny.

Oczyszczone wióry ze stopu Ti6AI4V i miedź o czystości 99,8% odważa się w proporcjach masowych 34% wiórów stopu tytanu i 66% miedzi. Wsad umieszcza się w tyglu i rozpoczyna procedurę wytopu próżniowego, osiągając ciśnienie o około 1 mbar. Stopiony wsad przegrzewa się do temperatury 1060°C i po stopieniu wszystkich składników wylewa do formy. Uzyskany stop zawierał około 66% Cu, 30% Ti, 2% Al i 1,3 V.

Namiar wsadu przygotowuje się na podstawie obliczeń oczekiwanego składu chemicznego stopu końcowego z uwzględnieniem strat poszczególnych pierwiastków, które zależne są od rodzaju s tosowanego pieca i sposobu prowadzenia wytopu. Następnie odważa się kolejno obliczone masy dla wiórów i czystej miedzi.

Claims (7)

1. Sposób wytwarzania stopu tytanu z miedzią, znamienny tym, że wióry ze stopu tytanu Ti6AI4V poddaje się rozdrobnieniu oraz oczyszczaniu w lotnych rozpuszczalnikach organicznych lub kolejno w wodzie i wodnych roztworach alkaliów z udziałem surfaktantów w temperaturze między 40°C do 80°C i płukaniu w wodzie, a następnie oczyszczone wióry suszy się poprzez odwirowanie i wygrzewa w temperaturze do 180°C do wyrównania zadanej temperatury w całej objętości wsadu, po czym do wiórów stopu tytanu Ti6AI4V w ilości od 20 do 60% masowych dodaje się czystą miedź o zawartości minimum 99,8% Cu w ilości od 40 do 80% masowych, w postaci granulatu w proporcjach zapewniających oczekiwany skład chemiczny stopu, a następnie wsad umieszcza się w tyglu pieca topialnego w sposób zapewniający wzajemne wymieszanie się składników, po czym wytwarza się próżnię wewnątrz komory pieca i prowadzi wytop w temperaturze od 1000°C do 1150°C, a po całkowitym roztopieniu wsadu metal wylewa się pod próżnią, bądź w atmosferze ochronnej, do formy i pozostawia do ostygnięcia.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdrabnianie wiórów przeprowadza się w kruszarce.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces oczyszczania wiórów prowadzi się w płuczkach ultradźwiękowych.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że osuszanie wiórów prowadzi się przez wygrzewanie w czasie od 1 do 6 godzin.

4 PL 235 364 B1

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wsad składający się z wiórów tytanowych i czystej miedzi poddaje się brykietowaniu.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że komorę pieca topialnego przed rozpoczęciem wytopu przepłukuje się argonem bądź innym gazem obojętnym.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wsad w początkowej fazie wytopu przetrzymuje się w temperaturze 400°C przez co najmniej 15 minut.