Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

KsScFe + 4A l ^ AlsSc + KsAlFe; Y F 3 + 4A l ^ AI 3 Y + AIF 3 ; 3 Zr 20 Fe + 26A l = 6 A l 3 Zr + AI 203 + 6 AIF 3 ; 3Hf20Fe + 26A l = 6 A l 3 H f + Al203 + 6 A lF 3 . Определяющим обстоятельством в этих процессах является использование соответствующей галогенидной соли. Если состав используемых солей будет слишком легкоплавким с температурой ниже используемого электроотрицательного металла/сплава, то диффузионные процессы на твердой поверхности будут идти на несколько порядков медленнее. Это создает затруднения при получении нужного состава. Введение модификатора, например скандия, в алюминий при температуре вблизи или ниже ликвидуса приводит к образованию интерметаллических соединений (ИМС) в узком интервале температур, что должно обеспечить равномерный рост образующихся кристаллов. Если образование ИМС происходит из сильно перегретого расплава однофазного состояния, то кристаллы образуются различных размеров. Наибольшими будут кристаллы, зародившиеся в начальный момент. Таким образом, необходимо обеспечить образование наибольшего количества центров кристаллизации подбором солевых систем (флюсов), в которых была бы достаточная растворимость соответствующей соли скандия. Поэтому необходимо выбирать, в том числе на основе данных по растворимости (рис. 1 ), наиболее пригодные для получения алюмоскандиевого сплава, подходящие галогенидные смеси солей. Получение лигатуры A l — 2 % Sc при более низкой температуре и введение некоторых (A lF3, KHF2) добавок [ 11] позволяет повысить извлечение скандия из солевого расплава. Однако в процессе синтеза богатой лигатуры A l-S c , содержащей значительно больше 10 % Sc, на поверхности расплава алюминия появляется более прочная и быстро затвердевающая корка из соединений AbSc (с Тпл. = 1320 °С), AhSc (с Тпл. = 1420 °С), а также двух других ИМС (AlSc и A lSc 2 ) с температурами плавления более 1200 °С. Высокие температуры плавления этих ИМС резко затрудняют их растворение в жидком алюминии (или A l-S c -сплаве) при температуре синтеза 800-950 °С. В то же время использование более высоких температур приводит к значительному увеличению уноса фторидно-хлоридных солей щелочных металлов и скандия. Изменение содержания скандия на поверхности алюминиевого сплава и суммарного содержания в слитке в зависимости от температуры процесса определено экспериментально в интервале 8 0 0 -115 0 °С (табл. 2). Был использован покрывной флюс CaF 2 -C aC l 2 при исходном соотношении в солевом составе A l : ScF 3 = 1 : 1. Ликвация скандия от поверхности вглубь слитка с применением визуализации распределения элементов и определением химического состава представлена на рис. 2 (сканирующий электронный микроскоп “ JE 0 L JSM 6390LA” с приставкой энергодисперсионного анализа “ JED -2300 ” ). Состав поверхности на расстоянии до 100 мкм к центру слитка соответствует образованию интерметаллидов скандия A lSc и A l2Sc с содержанием скандия более 30 %. В основной массе содержание скандия достигает 5 мас. %. т , °с 1000 800 600 400 0 2 4 6 8 10 SC2O3 (ScFz), масс. % Рис. 1. Участки кривых ликвидуса солевых систем с оксидом и фторидом скандия: 1 — Na 3 A lF 6 Sc 203 ; 2 — (0,53NaF + 0 , 47 A lF 3 ) Sc 203 ; 3 — (0,09Na5AbFM+ 0,91KC l) Sc 203 ; 4 — ( 0 , 86 CaCl 2 + 0,14CaF2) Sc 203 ; 5 — (0,86CaCb + 0,14CaF2) ScF 3 ; 6 — (0,82Li3AlF6 + 0,18K3AlF6) ScF 3 ; 7 — (0,59KF + 0,29LiF + 0,12NaF) ScF 3 445