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

Выдержка после перемешивания расплава при температуре 780-800°С составляла 20 мин. Шлак снимали при температуре > 730°С. Расплав рафинировали флюсом «Экораф-8» с расходом 1 кг на 1 т расплава при одновременном продувании аргоном с последующим отстоем и снятием шлака. Метод инжекции позволяет значительно снизить концентрацию примесей в сплаве (исходный - числитель, после плавки - знаменатель, мас.%): Cu 0.01/0.0019; Si 0.05/0.03; Mn 0.01/0.003; Mg 0.01/0.0007; H2 2.5/0.2 см3/100 г. Содержание натрия в плавках ниже предельно допустимых концентраций составляло (от 60 до 66)10-5мас. % и кальция < 0.01 мас. %. Опытные испытания на заводе свидетельствуют, что метод инжекции технологического порошка в жидкий сплав или алюминий с целью получения скандийсодержащих лигатур и сплавов - вполне рабочая и более экономичная технология по сравнению со стадийным процессом получения лигатуры в малом объеме [1]. Известно из литературы [2, 3], что часть скандия в алюминиевых сплавах можно заменить на другой легирующий компонент - цирконий, иттрий, гафний. С учетом этого авторами разработан способ легирования алюминия или сплавов на его основе методом инжекции углекислым газом технологического порошка из фторидов калия и алюминия, хлорида калия и одного или нескольких оксидов легирующих компонентов (Sc, Y, Hf, Zr). Способ сокращает время операции по растворению легирующих компонентов и использует невысокие температуры синтеза (патент РФ № 2534182). Указанные компоненты усиливают положительное действие скандия на алюминиевые сплавы. Например, в слоистых полуфабрикатах типа СИАЛ используют листы сплава Al-Li системы Al-Li-Cu-Mg. Для перевода меди в твердый раствор с целью повышения пластичности сплава в сплав вводят скандий, цирконий, серебро [4]. Получение сплавов, содержащих РЗМ, методом высокотемпературных обменных реакций с алюминием с учетом образования интерметаллидов описывается уравнением: 0.5Sc2O3 + 4Al ^ Al3Sc + 0.5Al2O3, AG =21 кДж/моль. В присутствии в солевом расплаве фтористого алюминия идет реакция взаимодействия с образованием фтористого скандия и оксида алюминия: 2AlF3 + Sc2O3 ^ 2ScF3 + Al2O3, AG800°C=-34.9 кДж/моль. 1200°C С повышением температуры взаимодействие усиливается AG =-49.9кДж/моль [5]. Получение алюмо- циркониевой лигатуры в интервале температур 850-920°С протекает по реакции, имеющей экзотермический характер: 3K2ZrF6 + 13Al ^ Al3Zr + 2K3AlF6 + 2AlF3. Скорость этих реакции возрастает с повышением температуры, но общий выход в алюминиевый сплав скандия, циркония, иттрия и гафния при повышении температуры (> 850°С) значительно снижается [6, 7]. В разработанных нами патентах выявлены оптимальные условия ведения технологии получения лигатур, соответствующих требованиям ГОСТ Р 53777-2010. Однако современные инновационные технологии все чаще ставят задачи по увеличению легирующих компонентов в алюминиевой лигатуре. Растворимость РЗМ в алюминии резко снижается со снижением температуры расплава, а стремление повысить ее приводит к нецелесообразному с точки зрения экономики угару как солей вводимых металлов, так и самого алюминия. Поэтому для обогащения лигатуры чаще всего используют осаждение интерметаллидов (отстаивание в печи, центрифугирование и др.) с продолжением ведения синтеза методом высокотемпературных обменных реакций с алюминием в оптимальных условиях. В этом случае угар ценных компонентов намного ниже и позволяет получить лигатуры с высоким содержанием РЗМ. К другим способам можно отнести восстановление металлов кальцием или магнием. С экономической точки зрения эти способы представляют наибольший интерес. Синтез алюминиевых лигатур восстановлением оксидов металлов магнием протекает по схеме: MeO + A lM g ^ A lM gM e + MgO, где A lM gM e - лигатура; MeO - оксид легирующего металла. Для восстановления скандия и иттрия по этой схеме с учетом образования интерметаллида свободная энергия Гиббса (AG) составляет [8]: 0.5Sc2O3 + 3Al + 1.5Mg = Al3Sc + 1.5MgO - 80 кДж/моль, 0.5Y2O3 + 3Al + 1.5Mg = Al3Y + 1.5MgO - 67 кДж/моль, что свидетельствует о возможности металлотермического синтеза лигатуры. Но магний (кальций) содержится не во всех алюминиевых сплавах, поэтому такие способы имеют ограниченное применение. Интересен путь по совместному восстановлению компонентов комплексных лигатур, когда можно вырастить и отделить крупные интерметаллические соединения. Однако для укрупненного масштаба получения алюминиевых сплавов с РЗМ рекомендован способ инжекции технологических порошков с получением в печи нужного многокомпонентного сплава с одновременной значительной очисткой от примесей (Cu, Mn, Si, Na, Ca, H 2 и др.). Нами уточнен состав присадок в технологические порошки. Выявлено, что использование фторидных солей РЗМ предпочтительней их оксидов в смесях, кроме того, метод инжекции сокращает число технологических операций приготовления сплава и позволяет получить лучшее распределение легирующих присадок при последующем литье в изложницу. 203