权利要求
1.一种钛银合金的熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
将海绵钛和银颗粒混合得到钛银颗粒物，将钛银颗粒物压制成多个钛银电极块，将多个钛银电极块依次焊接得到钛银电极条，将钛银电极条进行真空自耗熔炼，得到钛银中间合金铸锭;
将所述钛银中间合金铸锭切削成屑料，将所述屑料与海绵钛混合，压制成多个电极块，并将多个电极块焊接成电极条，将电极条进行真空自耗熔炼，得到钛银合金成品铸锭。
2.根据权利要求1所述的钛银合金的熔炼方法，其特征在于，钛银颗粒物中，银元素的质量百分数为20%~30%。
3.根据权利要求1所述的钛银合金的熔炼方法，其特征在于，制备钛银颗粒物时，在银元素理论含量基础上增加2wt%银元素含量补偿。
4.根据权利要求1所述的钛银合金的熔炼方法，其特征在于，海绵钛和银颗粒混合后，进行分层布料，之后压制成多个钛银电极块;分层布料时，自上而下依次布设为海绵钛、钛银颗粒物和海绵钛。
5.根据权利要求1所述的钛银合金的熔炼方法，其特征在于，钛银中间合金铸锭的直径不超过200mm。
6.根据权利要求1所述的钛银合金的熔炼方法，其特征在于，压制钛银电极块时，电极压块压力为10MPa~60MPa，保压时间为10s~30s;
将所述屑料与海绵钛混合压制电极块时，电极压块压力为10MPa~60MPa，保压时间为10s~30s。
7.根据权利要求1所述的钛银合金的熔炼方法，其特征在于，将钛银电极条进行真空自耗熔炼时，熔炼电流为3.0KA~20.0KA，电弧电压为28V~35V;
将电极条进行真空自耗熔炼，得到钛银合金成品铸锭时，真空自耗熔炼参数为：熔炼电流为3.0KA~20.0KA，电弧电压为28V~35V。
8.根据权利要求1所述的钛银合金的熔炼方法，其特征在于，屑料的直径为6mm~20mm。
9.根据权利要求1所述的钛银合金的熔炼方法，其特征在于，海绵钛为OA级海绵钛，银颗粒中的银含量大于99.99%，银颗粒的粒径为6mm~8mm。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于钛银合金熔炼技术领域，具体涉及一种钛银合金的熔炼方法。
背景技术
[0002]钛银合金是一种新型材料，它具有很好的抑菌功能，钛具有比强度高，生物相容性好，银具有优异的抗菌性能，将二者结合后，能够在医疗健康领域实现有效地杀菌、防菌功能。同时，钛和银都具备很好的耐腐蚀性，因此钛银金属抗菌防护材料不容易受到外界环境的侵蚀。此外，钛银金属抗菌防护材料与人体组织相容性好，不会引起人体排斥反应，钛银金属抗菌防护材料在高温条件下依然具有稳定性和抗菌防护效能，可以有效地预防和控制微生物的传播和感染。而且银元素是以合金化的方式加入的，相比采用抑菌涂层制备的抑菌材料，不存在长久使用或物理因素导致抑菌涂层脱落进而丧失抑菌效果的问题，钛银合金具备稳定、持久的抑菌作用。基于上述优异的性能，钛银金属抗菌防护材料的市场需求不断增加。未来，钛银金属抗菌防护材料有望在医疗、环保、食品安全等领域得到更广泛的应用，并在防疫、公共卫生等方面发挥积极作用。同时，钛银金属抗菌防护材料的研发也将持续推进，逐步实现多领域的全面应用。
[0003]为了满足上述市场需求，实现钛银合金的大规模批量化生产是关键，但目前钛银合金的制备方法面临以下问题：
传统方法中，将银颗粒与海绵钛熔炼直接压制电极进行大尺寸铸锭熔炼时，例如直径300mm以上铸锭，由于钛银合金中含有极易挥发的银元素，随着温度上升银蒸气压不断升高，大量银蒸汽会导致电弧区气体压力超常，产生爬弧现象，电弧无法集中在自耗电极下端中心区域，阻滞熔炼，无法正常熔炼。另外，由于银元素的挥发，降低了钛银合金中银元素的含量。
发明内容
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钛银合金的熔炼方法，本发明可实现较大锭型TiAg的熔炼，同时铸锭中Ag元素含量能达到较高水平。
[0005]本发明具体通过以下技术方案实现。
[0006]本发明提供了一种钛银合金的熔炼方法，包括以下步骤：
将海绵钛和银颗粒混合得到钛银颗粒物，将钛银颗粒物压制成多个钛银电极块，将多个钛银电极块依次焊接得到钛银电极条，将钛银电极条进行真空自耗熔炼，得到钛银中间合金铸锭。
[0007]将所述钛银中间合金铸锭切削成屑料，将所述屑料与海绵钛混合，压制成多个电极块，并将多个电极块焊接，制备电极条，将电极条进行真空自耗熔炼，得到钛银合金成品铸锭。
[0008]优选的，钛银颗粒物中，银元素的质量百分数为20%~30%。
[0009]优选的，制备钛银颗粒物时，在银元素理论含量基础上增加2wt%银元素含量补偿。
[0010]优选的，钛银中间合金铸锭的直径不超过200mm。
[0011]优选的，海绵钛和银颗粒混合后，进行分层布料，之后压制成多个钛银电极块;分层布料时，自上而下依次布设为海绵钛、钛银颗粒物和海绵钛。
[0012]优选的，压制钛银电极块时，电极压块压力为10MPa~60MPa，保压时间为10s~30s。
[0013]优选的，将屑料与海绵钛混合压制电极块时，电极压块压力为10MPa~60MPa，保压时间为10s~30s。
[0014]优选的，将钛银电极条进行真空自耗熔炼时，熔炼电流为3.0KA~20.0KA，电弧电压为28V~35V。
[0015]优选的，将电极条进行真空自耗熔炼，得到钛银合金成品铸锭时，真空自耗熔炼参数为：熔炼电流为3.0KA~20.0KA，电弧电压为28V~35V。
[0016]优选的，制备屑料时，具体是先将钛银中间合金铸锭扒皮、锯切，得到钛银中间合金光锭，将钛银中间合金光锭切削成屑料，屑料的直径为6mm~20mm。
[0017]优选的，所述海绵钛为OA级高品质海绵钛，银颗粒为高纯银，Ag含量大于99.99%，银颗粒的粒径为6mm~8mm。
[0018]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将海绵钛和纯银颗粒先通过制备钛银电极块并组焊，再采用真空自耗电弧炉熔炼出钛银中间合金锭，然后再将钛银中间合金铸锭切削成屑料后与海绵钛制备成电极，进行熔炼。由于先将银与一部分钛制备成合金，这样在制备大尺寸铸锭时，由于银是以合金化形式存在，而不是以银单质的形式存在，减少了银元素的挥发。此方法可实现较大锭型TiAg的熔炼，同时铸锭中Ag元素含量能达到较高水平。本发明以批量化应用为目标，可满足1吨以上或直径300mm以上钛银铸锭锭型熔炼需要，具有较好推广价值。
附图说明
[0019]图1为实施例1制备的钛银合金铸锭实物图。
[0020]图2为实施例2制备的钛银合金铸锭实物图。
[0021]图3为对比例1制备的钛银合金铸锭实物图。
具体实施方式
[0022]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法;所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
[0023]本发明实施例提供了一种钛银合金的熔炼方法，包括以下步骤：
步骤101：将海绵钛和高纯银颗粒充分混合得到钛银颗粒物。
[0024]需要说明的是，上述钛银颗粒物中，银元素含量在20%~30%(以下均为质量百分数)之间，且由于钛银电极块熔炼过程中会造成银高温烧损，因此银元素需在理论含量基础上增加2%银元素的含量补偿，以保证钛银合金抑菌材料的抑菌效果。
[0025]在本发明优选的实施例中，海绵钛选取OA级高品质海绵钛，粒度为3mm~12.7mm，氧元素含量≤0.02%，铁元素含量≤0.01%;高纯银颗粒的粒径为6mm~8mm且大小均匀，纯度为99.99%。
[0026]步骤102：将步骤101制备的钛银颗粒物压制成钛银电极块。
[0027]需要说明的是，步骤101中，海绵钛配料称量精度为1g，高纯银颗粒称量精度为0.1g，将称量准确的海绵钛和高纯银颗粒在混布料系统中充分搅拌、混合均匀，以保证制备的钛银中间合金中，银元素分布均匀，然后采用6000吨压机，将混合均匀的钛银颗粒物压制成方形钛银合金电极块。在本发明优选的实施例中，混料圈数≥20圈，混料时间≥300s，电极压块压力设定值10MPa~60MPa，保压时间10s~30s。
[0028]步骤103：将步骤102制备的多个钛银电极块依次焊接得到钛银电极条。
[0029]在本发明优选的实施例中，焊接时采用真空等离子焊箱操作，以保证电极熔炼前不被氧化，避免氩弧焊引起的钨夹杂。
[0030]步骤104：对步骤103制备的钛银电极条进行真空自耗熔炼，得到钛银中间合金铸锭。
[0031]在本发明优选的实施例中，包括以下步骤：
将钛银电极条放入真空自耗炉内，抽真空至1Pa以下，控制真空自耗炉的漏气率在0.6Pa/min以内，对钛银合金电极条进行一次熔炼得到钛银中间合金铸锭，熔炼电流在3.0KA~20.0KA之间，电弧电压在28V~35V之间。制备的钛银中间合金铸锭不宜过大，一般直径不超过200mm。
[0032]步骤105：将步骤104制备的钛银中间合金铸锭扒皮、锯切，扒皮量3mm~5mm，并去除钛银合金锭头、尾，排除快速凝固导致的成分不均匀部分及表皮杂质。
[0033]步骤106：将步骤105扒皮完的钛银中间合金铸锭车削为直径6mm~20mm的屑料，再将屑料进行酸洗、清洗、烘干，得到干净的钛银中间合金屑料。
[0034]步骤107：根据成品钛银合金需要的银元素含量，计算所需步骤106制备好的钛银中间合金屑料的添加量，并适当增加损耗补偿。将计算好的钛银中间合金屑料与计算好的海绵钛进行混料、压制成电极块。再按步骤103将电极块焊接，制备电极条，最后按步骤104将电极条进行真空自耗熔炼，得到最终钛银合金成品铸锭。
[0035]综合以上描述可知，该钛银合金熔炼方法是：将一定比例的海绵钛和高纯银颗粒充分混合后，压制成钛银电极块，之后将多个钛银合金电极块依次焊接得到钛银电极条，再之后将钛银电极条进行真空自耗熔炼得到钛银中间合金铸锭，然后将钛银中间合金铸锭车削成6mm~20mm屑料，再将车削好的钛银中间合金屑料与高品质海绵钛混料、压块，最后将海绵钛与钛银中间屑料混合压制、焊接好的电极条装入真空自耗炉进行熔炼，得到成品钛银合金铸锭。
[0036]本申请的钛银合金熔炼方法，将一定量银元素先与海绵钛一起熔炼成钛银中间合金，然后再将制备的钛银中间合金车削成屑，最后再将钛银中间合金屑与海绵钛混合熔炼成一定银含量的钛银合金铸锭。由于先将银与一部分钛制备成合金，这样在制备大尺寸铸锭时，由于银是以合金化形式存在，而不是以银单质的形式存在，减少了银元素的挥发。此种熔炼方法可以有效解决钛银合金在熔炼大铸锭时，由于添加的银元素在熔炼高温下大量挥发为银蒸汽，极大增加银的蒸气压，从而阻断电弧，导致熔炼无法进行。
[0037]相比于钛银合金一般的熔炼，可实现较大锭型的熔炼，提高生产效率，同时能大量降低熔炼中银蒸汽的形成，减少银挥发，而银属于
贵金属，这样可以大幅降低成本。
[0038]本申请的钛银合金熔炼方法简洁高效、生产成本较低，制得的钛银合金银元素分布均匀，不会由于银挥发导致银元素仅分布于钛银合金表面，后期钛银合金铸锭被做成材料后会表现出良好的抑菌特性。
[0039]本发明实施例提供了一种钛银合金的熔炼方法。
[0040]下面通过具体实施例和对比例对本发明作进一步详细说明。
[0041]实施例1
(1)备料：选取高品质海绵钛47.9kg备用，海绵钛级别OA级，布氏硬度≤85(HBW10/1500/30)。成分：O元素w%<0.03，Fe元素w%<0.02，C元素w%<0.01，N元素w%<0.003，H元素w%<0.001。选取粒径为6mm~8mm、纯度99.99%的高纯银颗粒23.3kg备用。
[0042](2)称取4.7kg海绵钛和2.3kg高纯银颗粒混料300s得到钛银颗粒物，之后采用分层布料，最底层为2kg海绵钛，中间为混合得到的钛银颗粒物，最上一层为2kg海绵钛，将银置于中间，减少挥发。
[0043](3)采用6000吨压机，将步骤(2)分层布料后的钛银颗粒物在60MPa压力下，保压20s，压制成φ100mm×350mm钛银电极块。
[0044](4)将多个钛银电极块在真空焊箱内依次焊接得到钛银电极条，焊前真空度4Pa，漏气率3Pa/min，然后在120℃下烘干电极。
[0045](5)将钛银电极条装入真空自耗炉内进行真空自耗熔炼，得到钛银中间合金铸锭。辅助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.9Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.0kA，稳定电压31V。
[0046](6)将熔炼好的钛银中间合金铸锭，尺寸为φ200mm×398mm，进行扒皮处理，扒皮深度0.8mm，得到尺寸为φ199mm×398mm钛银中间合金光锭。
[0047](7)将钛银中间合金光锭在车床上车削为直径8mm~15mm的钛银中间合金屑料。
[0048](8)将93.75kg的钛银中间合金屑料和906.25kg高品质海绵钛混料，之后在60MPa压力下，保压20s，压制成φ100mm×350mm电极块，将电极块焊接成电极条，焊前真空度4Pa，漏气率3Pa/min，然后在120℃下烘干电极。
[0049](9)将新电极条装入真空自耗炉内进行真空自耗熔炼得到钛银合金成品铸锭。助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.9Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.0kA，稳定电压31V。
[0050]上述步骤制备的钛银合金成品铸锭尺寸为φ447mm×1390mm，实物图如图1所示。其中银元素的含量为2.6%，理论含量为3.0%，银元素损失量小。
[0051]实施例2
(1)备料：选取高品质海绵钛50kg备用，海绵钛级别OA级，布氏硬度≤85(HBW10/1500/30)。成分：O元素w%<0.03，Fe元素w%<0.02，C元素w%<0.01，N元素w%<0.003，H元素w%<0.001。选取粒径为6mm~8mm、纯度99.99%的高纯银颗粒20kg备用。
[0052](2)将5kg海绵钛和2kg高纯银颗粒混料300s得到钛银颗粒物，之后采用分层布料，最底层为2kg海绵钛，中间为混合得到的钛银颗粒物，最上一层为2kg海绵钛，将银置于中间，减少挥发。
[0053](3)采用6000吨压机，将步骤(2)分层布料后的钛银颗粒物在60MPa压力下，保压20s，压制成φ100mm×350mm钛银电极块。
[0054](4)将多个钛银电极块在真空焊箱内依次焊接得到钛银电极条，焊前真空度3Pa，漏气率2Pa/min，然后在120℃下烘干电极。
[0055](5)将钛银电极条装入真空自耗炉内进行真空自耗熔炼得到钛银中间合金铸锭。辅助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.7Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.2kA，稳定电压34V。
[0056](6)将熔炼好的钛银中间合金铸锭，尺寸为φ198mm×400mm，进行扒皮处理，扒皮深度0.8mm，得到尺寸为φ197mm×400mm钛银中间合金光锭。
[0057](7)将钛银中间合金光锭在车床上车削为直径8mm~15mm的钛银中间合金屑料。
[0058](8)将95kg的钛银中间合金屑料和905kg高品质海绵钛混料，之后在60MPa压力下，保压20s，压制成φ100mm×350mm电极块，将电极块焊接成电极条，焊前真空度3Pa，漏气率2Pa/min，然后在120℃下烘干电极条。
[0059](9)将新电极条装入真空自耗炉内进行真空自耗熔炼得到钛银合金成品铸锭。辅助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.7Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.2kA，稳定电压34V。
[0060]上述步骤制备的钛银合金成品铸锭尺寸为φ452mm×1375mm，实物图如图2所示。其中银元素的含量为2.7%，理论含量为3.0%，银元素损失量小。
[0061]实施例3
(1)备料：选取高品质海绵钛46.7kg备用，海绵钛级别OA级，布氏硬度≤85(HBW10/1500/30)。成分：O元素w%<0.03，Fe元素w%<0.02，C元素w%<0.01，N元素w%<0.003，H元素w%<0.001。选取粒径为6mm~8mm、纯度99.99%的高纯银颗粒23.5kg备用。
[0062](2)称取4.8kg海绵钛和2.2kg高纯银颗粒混料300s得到钛银颗粒物，之后采用分层布料，最底层为2kg海绵钛，中间为混合得到的钛银颗粒物，最上一层为2kg海绵钛，将银置于中间，减少挥发。
[0063](3)采用6000吨压机，将步骤(2)分层布料后的钛银颗粒物在60MPa压力下，保压20s，压制成φ100mm×350mm钛银电极块。
[0064](4)将多个钛银电极块在真空焊箱内依次焊接得到钛银电极条，焊前真空度4Pa，漏气率3Pa/min，然后在120℃下烘干电极。
[0065](5)将钛银电极条装入真空自耗炉内进行真空自耗熔炼，得到钛银中间合金铸锭。辅助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.9Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.5kA，稳定电压30V。
[0066](6)将熔炼好的钛银中间合金铸锭，尺寸为φ200mm×400mm，进行扒皮处理，扒皮深度0.8mm，得到尺寸为φ199mm×400mm钛银中间合金光锭。
[0067](7)将钛银中间合金光锭在车床上车削为直径8mm~15mm的钛银中间合金屑料。
[0068](8)将94.15kg的钛银中间合金屑料和905.3kg高品质海绵钛混料，在60MPa压力下，保压20s，压制成φ100mm×350mm电极块，将电极块焊接成电极条，焊前真空度4Pa，漏气率3Pa/min，然后在120℃下烘干电极。
[0069](9)将新电极条装入真空自耗炉内进行真空自耗熔炼得到钛银合金成品铸锭。助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.9Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.5kA，稳定电压30V。
[0070]上述步骤制备的钛银合金成品铸锭中银元素损失量为1.2%。
[0071]实施例4
(1)备料：选取高品质海绵钛50kg备用，海绵钛级别OA级，布氏硬度≤85(HBW10/1500/30)。成分：O元素w%<0.03，Fe元素w%<0.02，C元素w%<0.01，N元素w%<0.003，H元素w%<0.001。选取粒径为6mm~8mm、纯度99.99%的高纯银颗粒25kg备用。
[0072](2)称取5.0kg海绵钛和2.5kg高纯银颗粒混料300s得到钛银颗粒物，之后采用分层布料，最底层为2kg海绵钛，中间为混合得到的钛银颗粒物，最上一层为2kg海绵钛，将银置于中间，减少挥发。
[0073](3)采用6000吨压机，将步骤(2)分层布料后的钛银颗粒物在60MPa压力下，保压20s，压制成φ100mm×350mm钛银电极块。
[0074](4)将多个钛银电极块在真空焊箱内依次焊接得到钛银电极条，焊前真空度4Pa，漏气率3Pa/min，然后在120℃下烘干电极。
[0075](5)将钛银电极条装入真空自耗炉内进行真空自耗熔炼，得到钛银中间合金铸锭。辅助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.9Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.0kA，稳定电压29V。
[0076](6)将熔炼好的钛银中间合金铸锭，尺寸为φ200mm×399mm，进行扒皮处理，扒皮深度0.8mm，得到尺寸为φ199mm×399mm钛银中间合金光锭。
[0077](7)将钛银中间合金光锭在车床上车削为直径8mm~15mm的钛银中间合金屑料。
[0078](8)将93.5kg的钛银中间合金屑料和907.3kg高品质海绵钛混料，在60MPa压力下，保压20s，压制成φ100mm×350mm电极块，将电极块焊接成电极条，焊前真空度4Pa，漏气率3Pa/min，然后在120℃下烘干电极。
[0079](9)将新电极条装入真空自耗炉内进行真空自耗熔炼得到钛银合金成品铸锭。助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.9Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.0kA，稳定电压29V。
[0080]上述步骤制备的钛银合金成品铸锭中银元素损失量为1.1%。
[0081]对比例1
采用传统的制备工艺，将银颗粒与海绵钛熔炼直接压制电极进行直径300mm以上铸锭熔炼，具体步骤为：
(1)备料：选取高品质海绵钛备用，海绵钛级别OA级，布氏硬度≤85(HBW10/1500/30)。成分：O元素w%<0.03，Fe元素w%<0.02，C元素w%<0.01，N元素w%<0.003，H元素w%<0.001。选取粒径为6mm~8mm、纯度99.99%的高纯银颗粒备用。
[0082](2)按照银元素质量分数为3%的比例进行配料，将海绵钛和高纯银颗粒混料150s得到钛银颗粒物。
[0083](3)采用压机，将钛银颗粒物压制成钛银电极块，60MPa压力下，保压20s。
[0084](4)将多个钛银电极块在真空焊箱内依次焊接得到钛银电极条，焊前真空度4Pa，漏气率3Pa/min，然后在120℃下烘干电极。
[0085](5)将钛银电极条装入真空自耗炉内进行一次真空自耗熔炼，辅助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.9Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.5kA，稳定电压28V。
[0086](6)再将一次熔炼后的钛银合金铸锭装入真空自耗炉内进行二次熔炼，辅助电极采用纯钛TA1，熔前真空度0.9Pa，漏气率0.5Pa/min，稳定电流3.5kA，稳定电压28V，得到钛银合金成品铸锭。
[0087]上述步骤制备的钛银合金成品铸锭尺寸为φ210×275，实物图如图3所示。其中银元素的含量为0.93% ，理论含量为3%，银元素损失严重。
[0088]通过比较上述实施例和对比例，可以发现，本发明先将一定量银元素先与海绵钛一起熔炼成钛银中间合金，然后再将制备的钛银中间合金车削成屑，最后再将钛银中间合金屑与海绵钛混合熔炼成一定银含量的钛银合金铸锭。这种方法成功熔炼制备出大尺寸的钛银合金铸锭，并且铸锭中Ag元素含量能达到较高水平。本发明制备过程简单，成本低，非常适合大规模批量化生产使用。
[0089]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。
说明书附图(3)
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“钛银合金的熔炼方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：西部金属材料股份有限公司
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