釩鋁合金是制備含釩鈦合金的重要中間合金，金屬釩的加入可以細(xì)化晶粒，提高鈦合金的塑性，有利于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航空航天器部件成型[1-3]。近年國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)等飛行器的量產(chǎn)，高品質(zhì)的釩鋁合金需求將會(huì)驟增。由于我國(guó)鈦工業(yè)起步較晚，釩鋁合金的生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟，航空航天級(jí)釩鋁合金均依賴進(jìn)口，因而制備出高品質(zhì)釩鋁合金是現(xiàn)階段鈦工業(yè)迫切需要解決的難題。
1. 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀
鈦合金用釩鋁合金的質(zhì)量要求是：純度高、成分均勻、夾雜少。
世界上生產(chǎn)釩鋁合金的企業(yè)主要有德國(guó)電冶金公司、美國(guó)羅羅公司、美國(guó)雷丁公司、美國(guó)戰(zhàn)略礦業(yè)公司、俄羅斯上薩爾達(dá)公司等，其中德國(guó)電冶金公司和美國(guó)雷丁公司是國(guó)際上最大的釩鋁合金制造商，其產(chǎn)品質(zhì)量代表世界領(lǐng)先水平，占有全球80%以上的航空級(jí)釩鋁合金的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)的企業(yè)有錦州鐵合金、寶鈦集團(tuán)、大連融德、承德天大、寶雞嘉誠(chéng)、商洛天野、河北四通、寶雞辰炎、攀鋼釩鈦等，但是受釩鋁合金生產(chǎn)技術(shù)的限制，國(guó)產(chǎn)的釩鋁合金產(chǎn)品絕大多數(shù)以民用為主。從使用情況看，AlV55、AlV65是國(guó)內(nèi)最為常用的釩鋁合金，AlV55多應(yīng)用在民用鈦合金領(lǐng)域，而AlV65多應(yīng)用在航空航天鈦合金中，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)AlV65釩鋁合金的爐型較小，組批包裝后成分差異較大，產(chǎn)品的一致性差，在后續(xù)的應(yīng)用中存在巨大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，因而目前航空航天用鈦合金以進(jìn)口為主。
2. 釩鋁合金的制備工藝
釩鋁合金的傳統(tǒng)制備工藝有一步法、兩步法和真空法，近年也出現(xiàn)了在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上的一些新的方法如電鋁熱法、微波法等。
2.1 一步法（鋁熱法）
一步法即爐外法，使用五氧化二釩（V2O5）和鋁粉（Al）作為主要原料，選擇性添加氧化鈣（CaO）或氟化鈣（CaF2）等造渣劑、發(fā)熱劑混合料裝入反應(yīng)容器，在大氣常壓下進(jìn)行鋁熱反應(yīng)實(shí)現(xiàn)釩鋁合金的生產(chǎn)（如圖1）。一步法是目前最簡(jiǎn)單的釩鋁合金生產(chǎn)工藝，具有生產(chǎn)規(guī)模大、設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但此法生產(chǎn)的釩鋁合金回收率偏低，均勻性差，雜質(zhì)含量高，尤其是氣體雜質(zhì)（O、N）含量高，氧（O）含量為1%～2%甚至更高，同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程有大量煙霧排入大氣，環(huán)境污染嚴(yán)重。
2.2 兩步法
兩步法即鋁熱還原與真空感應(yīng)熔煉結(jié)合法，是在一步法的基礎(chǔ)上進(jìn)行真空加鋁二次提純。兩步法釩鋁合金需要先經(jīng)過(guò)一步法獲得含釩85%以上的合金，然后在真空感應(yīng)爐里進(jìn)行二次熔煉，熔煉時(shí)加入Al粉獲得不同含釩量的釩鋁合金，同時(shí)鋁的加入也進(jìn)一步降低了氧含量（如圖2）。此工藝最早由德國(guó)電冶金公司在1950年提出，優(yōu)點(diǎn)是制備出的產(chǎn)品純度高、成分均勻、致密，氮、氧指標(biāo)明顯降低，氧含量能降低到0.06%。但兩步法工藝流程延長(zhǎng)，設(shè)備上增加了造價(jià)不菲的真空熔煉設(shè)備，生產(chǎn)成本相應(yīng)增加，單爐次產(chǎn)量也較低。
