Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

Параметры синтеза сплавов Al-B № варианта Состав флюса, мас.% Борсодержащая добавка, мас.% T °C' 1 раб, С 1 40NaF-60AlF3 30-50KBF4 800-950 2 40KF-60AlF3 25-30KBF4 750-850 3 KCl-KF 30-50KBF4 780-830 4 KBF 4 KBF 4 600-700 5 45KCl-45NaCl-5NaF-5KAlF 4 30-50KBF4 900-950 6 40KCl-40NaCl-20KF 25KBF4 900-950 7 40KF-60AlF3 5-10B 2 0 3 750-800 После охлаждения из королька сплава выпиливали шлиф для определения содержания и распределения бора в полученном алюминии методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионного микрорентгенофазового (EDX) анализа. Для этого использовали рентгенофазовый и микрорентгено-структурный анализатор DMAX-2500 (Rigaku, Japan) и сканирующий электронный микроскоп JMS-5900LV с микроанализатором INCA Energy 200 и энергодисперсионным микроанализатором INCA Wave 250 (JEOL, UK). Химический анализ составов солевых флюсов и получаемых сплавов осуществляли спектрально-эмиссионным методом с индуктивно-связанной плазмой (ICP) при помощи оптического эмиссионного спектрометра iCAP 6300 Duo «Thermoscientific». Результаты и обсуждение Согласно результатам химического анализа полученных сплавов Al-B, максимальная степень извлечения бора достигается при следующих вариантах алюмотермического восстановления: • плавление спрессованной смеси стружки алюминия с порошком солевого флюса (NaF-AlF 3 -KBF4, KF-AlF 3 -KBF4) и выдержка ее при температуре 800-850°С в течение 30 мин; • плавление алюминия с солевым флюсом (KCl-NaCl-KBF4) и выдержка полученной смеси при температуре 900-950°С в течение 60 мин; • плавление алюминия под солевым флюсом KF-AlF 3 и последующее порционное введение KBF 4 в реакционную зону при температуре 800-850°С; • взаимодействие расплавленного алюминия с B 2 O 3 под слоем солевого флюса KF-AlF 3 при температуре 750°С в течение 180 мин. При взаимодействии алюминия с KBF 4 под защитным слоем графитовой крошки без перемешивания на поверхности алюминия образуются соединения с содержанием бора до 40 мас. %, при этом в соединении присутствует до 20 мас. % углерода. Бор в данной ситуации может вступать в реакцию с алюминием и углеродом с образованием борида алюминия AlB 2 и карбида бора B 4 C. Этот способ может представлять интерес для получения композиционных материалов на основе алюминия с добавками AlB 2 и B 4 C и получения сплавов Al-B, однако в последнем случае возникает необходимость удаления углерода. Влияние способа смешения реагентов, заданного соотношения борсодержащего компонента KBF 4 во флюсе к массе алюминия (в пересчете B к Al), температуры и длительности синтеза на содержание бора в полученном алюминии (фВ) по данным химического анализа можно проследить из рис.2-4. Из представленных зависимостей видно, что наибольшее содержание бора достигается в сплавах A l-B, полученных в результате порционного введения KBF 4 в солевой флюс (способ 2), либо в результате плавления и выдержки спрессованной смеси алюминиевой стружки и солевого флюса (способ 4). При этом в данных способах при повышении заданного соотношения бора к алюминию содержание бора в конечном продукте имеет тенденцию к увеличению (рис. 2 ). На рисунке 3 представлена зависимость содержания бора в сплаве Al-B от времени выдержки алюминия с солевым флюсом при разных способах смешения реагентов. Видно, что при температурах от 700 до 850°С максимальное насыщение алюминия по бору достигается за 30-40 мин после начала введения KBF 4 (способ 2), либо после плавления реагентов (способы 1, 3, 4). Алюмотермическая реакция при этом может продолжаться, а избыток бора в алюминии переходит в AlB 2 . По нашим наблюдениям, скорость перемешивания реакционной смеси в лабораторном реакторе должна быть в пределах 200-600 об/мин. Снижение скорости перемешивания ниже 100 об/мин приводит к неравномерному распределению бора в сплавах, а увеличение свыше 700 об/мин - к снижению содержания бора в сплавах вследствие окисления бора и разбрызгивания расплава. В целом роль перемешивания в пределах 200-600 об/мин незначительна. Одним из наиболее эффективных параметров, влияющих на содержание бора в алюминии, является температура, как видно из рис.4., увеличение температуры с 700 до 950°С привело к увеличению концентрации бора в сплаве в три раза. 141