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

УДК541.143 РАСПЛАВ КАЛИЕВОГО КРИОЛИТА КАК СРЕДА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ О.Ю. Ткачева Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия Аннотация Исследованы физико-химические свойства расплавленных смесей на основе калиевого криолита, содержащие добавки оксида бора или оксида скандия, с точки зрения возможности их использования в процессе производства сплавов Al-B и Al-Sc. Измерена температура ликвидуса квазибинарных систем [KF-NaF-AlF3]-B2O3, [KF-NaF-AlF3]- Sc2O3 и [KF-NaF-AlF3-B2O3]-Al2O3, [KF-NaF-AlF3-Sc2O]-AbO3, определена растворимость B 2 O 3 , Sc2O3 и AhO3 в электролитах на основе калиевого криолита. Расплавы на основе калиевого криолита могут использоваться в качестве флюсов, которые обладают усиленной протекторной функцией благодаря низкой температуре плавления, способствующей повышению текучести флюса; эффективной рафинирующей способностью вследствие хорошей растворимости в них оксида алюминия. С другой стороны, легкоплавкие системы KF-AlF 3 и KF-NaF-AlF 3 обладают достаточной растворимостью оксидов легирующих компонентов (например Sc2O3) и могут быть рекомендованы для электролитического получения сплавов Al-Sc при температурах ниже 800оС. Ключевые слова: калиевый криолит, температура ликвидуса, растворимость оксидов, сплав Al-B, сплав Al-Sc. POTASSIUM CRYOLITE MELT AS A MEDIUM FOR ALUMINUM ALLOYS PRODUCTION O.Yu. Tkacheva Institute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia Abstract Physical-chemical properties of molten mixtures, based on potassium cryolite, containing boron or scandium oxides have been studied in the context of their feasibility of application in production of Al-B and Al-Sc alloys. Liquidus temperature in the quasi-binary systems [KF-NaF-AlF3]-B2O3, [KF-NaF-AlF3]-Sc2O and [KF-NaF-AlF3-B2O3]-AhO3, [KF-NaF-AlF3-Sc2O]-AbO3 as well as the B2O3, Sc2O3 and Al2O3 solubility in the potassium-cryolite-based electrolytes, has been determined. Such systems can be used as fluxes because they possess an enhance protective function due to low melting temperature, which conduces flux fluidity, and an effective refining ability as a result of good alumina solubility. On the other hand, the low melting systems KF-AlF 3 and KF-NaF-AlF3 have a satisfactory solubility of the alloying component oxides (e.g. Sc2O3) and can be recommended for electrolytic production of alloys at temperatures below 800°С. Keywords: potassium cryolite, liquidus temperature, oxides solubility, Al-B alloy, Al-Sc alloy. Получение лигатур и сплавов алюминия на практике осуществляется либо способом прямого сплавления, т.е. растворением в жидком алюминии легирующего компонента, либо алюмотермическим восстановлением солевых или оксидных соединений. Перспективным также является способ получения лигатур в электролизерах для получения алюминия. Преимуществом этого способа является возможность совмещения процессов получения первичного алюминия и введения в него легирующего компонента непосредственно в электролизере. Расплавленные соли могут использоваться как в качестве материала флюса при металлотермическом способе получения сплавов, так и в качестве среды в процессе совместного электролитического осаждения металлов. Флюсы для алюминиевых сплавов обычно представляют собой смеси галогенидных солей щелочных и щелочноземельных металлов. Такие смеси удобны тем, что на их основе можно получать композиции с регулируемыми плотностью и температурой плавления. В качестве покровных флюсов, которые создают химически пассивный защитный слой, предохраняющий алюминиевый расплав от окисления, как правило, применяется эвтектика NaCl - KCl, которая плавится при температуре 665°С. Плотность расплава флюса должна быть значительно меньше плотности алюминиевых сплавов, чтобы слой жидкого флюса мог располагаться на поверхности алюминия, защищая его от воздействия печных газов и воздуха. Рафинирующее действие флюсов состоит в адсорбции и растворении загрязнений или в химическом взаимодействии флюса с примесями. Для лучшего выделения из расплавленного металла оксида алюминия, который всегда покрывает поверхность алюминия или образуется в результате взаимодействия с веществом легирующего компонентами, флюс должен растворять оксид или хорошо смачивать. Растворять оксид алюминия и проникать в оксидные пленки способны фториды щелочных металлов. Это приводит к повышению смачиваемости, что способствует отделению оксидных включений от расплава и металлического алюминия от шлака. Фториды щелочных металлов действуют как поверхностно-активные вещества, снижающие поверхностное натяжение между флюсом и металлом, а также между флюсом и оксидами. Хлориды, также как и AlF3 и MgF2, проявляют это 208