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

□ KF-AIF3 -750°C Д NaF-KF-AIF3 -800°C О NaF-AIF3 -980°C 0 2 4 6 8 Задано м ас.% Sc2O3 в расплаве Рис.2. Степень извлечения скандия по алюмотермической реакции (!) в оксидно-фторидных расплавах в зависимости от температуры и заданного содержания Sc^<Os в расплаве Подобная зависимость может быть связана со снижением обратной растворимости скандия в расплаве и большей склонности к образованию интерметаллидных соединений между алюминием и скандием при понижении температуры. Последнее предположение подтверждают микрофотографии образцов A l-Sc-сплавов (рис.3) с одинаковым содержанием скандия согласно химическому анализу, которые были синтезированы при разных температурах. В образце, полученном при 980°С, представлены области с повышенным содержанием скандия (20-25 мас. %), в то время как в сплаве, полученном при 820°С, также имеются области с повышенным содержанием скандия и сформированные интерметаллидные соединения с 34-38 мас. % скандия. Другими определяющими факторами являются растворимость продукта (AbO3) реакции (1) в исследуемых расплавах и кинетика его отвода от фронта алюмотермической реакции. По данным SEM и EDX, появление областей с повышенным содержанием скандия и сформированных интерметаллидных соединений A l3Sc и A^Sc начинается при общей концентрации скандия в сплаве выше 0.50­ 0.55 мас. %. Согласно фазовой диаграмме Al-Sc [1, 2], выпадение твердой фазы A l3Sc в области исследуемых температур должно начинаться уже при 0.35-0.45 мас. % скандия в алюминии. В целом в зависимости от параметров синтеза содержание скандия (мас. %) в интерметаллидных соединениях колеблется от 22 до 45, а в матрице алюминия - от 0.15 до 0.85. Среди других особенностей синтеза Al-Sc-сплавов можно отметить следующее. Независимо от температуры и расплава алюмотермическое восстановление от 1 до 6 мас. % Sc 2 O 3 протекает практически полностью за 30 мин (рис.1), после чего содержание скандия в сплаве растет незначительно либо остается постоянным. Добавление 1-2 мас. % A^O 3 в расплав приводит к снижению содержания скандия в сплаве на 20-25% за счет смещения равновесия (1) влево. Рис.3. Микрофотографии Al-Sc-сплавов с содержанием !.! мас. % скандия, полученных в расплавах NaF-AlFs (слева) и KF-NaF-AlF 3 (справа) при 980 и 820°, соответственно Пропускание электрического тока через расплав начинает сказываться лишь при высоких концентрациях Sc 2 O 3 в расплаве, что было отмечено ранее [4]. Это связано с тем, что термодинамический потенциал выделения скандия на 0.43-0.45 В отрицательнее [13] потенциала выделения алюминия и для совместного разряда алюминия и скандия на жидком алюминии требуется высокая концентрация скандийсодержащих электроактивных частиц в расплаве либо наличие сплавообразования между алюминием и скандием, приводящее к деполяризации выделения скандия. По- видимому, заметной деполяризации в случае исследуемых нами систем жидкий катод-расплав не происходит по причине наличия реакции ( 1 ), которая приводит к насыщению поверхностного слоя алюминия интерметаллидными соединениями. Следовательно, более существенным фактором при получении лигатурных Al-Sc-сплавов c содержанием скандия 1.5-2.0 мас. % и выше становится отвод скандия вглубь алюминия. Этому будут способствовать перемешивание и высокий перегрев алюминия относительно температуры плавления. В результате проведения экспериментов по получению лигатурных Al-Sc-сплавов в разных расплавах при температуре от 750 до 980°С с перемешиванием сплава и без него было показано, что при повышении температуры влияние перемешивания на распределение скандия в алюминии нивелируется. В экспериментах 283