Способ получения скандийсодержащей лигатуры

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов. Способ получения скандийсодержащей лигатуры включает металлотермическое восстановление в галогенидных расплавах. Согласно изобретению к галогенидному расплаву, содержащему 1,0-1,4 мас.% оксида скандия, добавляют 1,4-1,7 мас.% оксида циркония и проводят восстановление сплавом алюминия с магнием при отношении галогенидного расплава к алюминиево-магниевому сплаву от 1,2 до 1,6. Благодаря этому достигается технический результат, заключающийся в том, что синтезируется лигатура, содержащая скандий и цирконий с максимальным эффектом упрочнения; снижается стоимость получаемой лигатуры (30-40%) за счет уменьшения расхода дорогостоящего оксида скандия на 50%. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам получения сплавов алюминия с редкими металлами. Легирование алюминиевых сплавов скандием значительно повышает прочность и пластичность сплавов.

Известен способ прямого сплавления алюминия и редких металлов в атмосфере аргона (патент США №3619181), недостаток этого способа - применение относительно дорогих исходных материалов в металлической форме, большой угар редких металлов при плавлении.

Известен способ получения сплавов с цирконием путем восстановления хлоридов циркония магнием (а.с. №382729). Недостаток этого способа заключается в применении в качестве исходных материалов дорогостоящих хлоридов циркония и проведении сложной предварительной операции введения натрия в цирконийсодержащий хлоридный расплав.

В качестве прототипа предлагается способ получения скандийсодержащей лигатуры, который осуществляют металлотермическим восстановлением оксидов скандия в галогенидных расплавах, при этом восстановлению подвергают концентрат оксида скандия, а в качестве восстановителя используют сплав алюминия с магнием [патент РФ "Способ получения скандийсодержащей лигатуры" №2162112, МПК С 22 В, опубл. 20.01.2001].

Недостаток этого способа заключается в том, что процесс не позволяет получать сложную скандийсодержащую лигатуру и снизить расход дорогостоящего оксида скандия.

Задачей изобретения является получение оптимальной скандийсодержащей лигатуры, которая позволяет синтезировать алюминиевые сплавы с максимальным эффектом упрочнения, при этом экономится 50% дорогостоящего скандия и усиливается его положительное действие.

Поставленная задача решается за счет того, что способ получения скандийсодержащей лигатуры включает получение шихты из расплава галогенидов и оксида скандия и восстановление алюминиево-магниевым сплавом, согласно изобретению, к шихте, содержащей 1,0-1,4 мас.% оксида скандия, добавляют 1,4-1,7 мас.% оксида циркония и восстановление проводят при отношении галогенидного расплава к алюминиево-магниевому сплаву от 1,2 до 1,6.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В большинстве алюминиевых сплавов магний является основным составляющим компонентом. Совместное легирование алюминиевого сплава скандием и цирконием упрочняет алюминиевую матрицу вследствие следующего: при легировании сплавов скандием наблюдается высокая скорость огрубления вторичных частиц Al₃Sc при нагреве; при введении циркония образуются вторичные частицы фазы Al₃(Sc_1-х, Zr_x), которые коагулируют со значительно меньшей скоростью, чем частицы Al₃Sc, в конечном итоге они сохраняют высокую дисперсность и соответственно способность тормозить рекристаллизацию и упрочнять алюминиевую матрицу. При совместном восстановлении оксидов скандия и циркония сплавом Al-Mg последний играет роль восстановителя, а алюминий - роль коллектора. При этом процесс восстановления соединений скандия и циркония протекает активно и одновременно. Следует отметить, что в галогенидном расплаве образуются прекурсоры - галогенидные соединения скандия и циркония в виде расплавленных солей. При последующем восстановлении такого расплава синтезируются интерметаллиды Al₃(Sc_х, Zr_у) заданного состава, что обеспечит положительное влияние их на структуру и свойства получаемых в последствии сплавов и полуфабрикатов. Кроме того, добавка циркония к скандию позволяет экономить дорогой скандий и усиливает его положительные свойства. Таким образом, для получения алюминиевых сплавов оптимальным представляется применение лигатуры Al-Mg-Sc-Zr. При этом может быть использован дешевый черновой концентрат скандия с повышенным содержанием оксида циркония.

Выбор параметров обусловлен следующим.

Содержание скандия в расплаве ниже 1,0 мас.% не позволит получать лигатуру заданного состава, и ее технологические (модифицирующие) свойства будут нарушены. В случае содержания скандия в расплаве более 1,4 мас.% это приведет к перерасходу дорогостоящего компонента (скандия) и лигатура экономически становится невыгодной.

Содержание циркония в расплаве ниже 1,4 мас.% также не позволяет синтезировать лигатуру с заданными содержанием циркония и положительными технологическими свойствами. При концентрации циркония в расплаве более 1,7 мас.% образуются в основном интерметаллиды, близкие по составу Al₃Zr, что не позволит достигнуть высоких модифицирующих свойств лигатуры.

При соотношении галоидного расплава к алюминиево-магниевому сплаву менее 1,2 процесс восстановления затормаживается и переход легирующих компонентов в конечную продукцию снижается. В случае увеличения этого соотношения выше 1,6 образуется большое количество оборотных солей, что снижает производительность аппаратуры.

Пример. Лабораторная установка состоит из шахтной печи, герметичного реактора и стакана. В качестве восстановителя применяют сплав алюминия с 17-20 мас.% магния, исходная шихта состоит из галогенидов натрия, калия, алюминия и оксидов скандия и циркония. Температура процесса 900-1000°С. По окончании процесса производили выдержку. Полученные продукты охлаждали и анализировали на содержание элементов. Результаты приведены в таблице.

Полученные данные свидетельствуют о техническом эффекте предлагаемого способа: совместное восстановление оксидов циркония и скандия позволяет снизить расход дорогостоящего скандия на 50%, увеличить степень извлечения легирующих элементов в лигатуру и в конечном итоге улучшить модифицирующее совместное действие легирующих элементов.

Способ получения скандийсодержащей лигатуры, включающий получение шихты из расплава галогенидов и оксида скандия и восстановление алюминиево-магниевым сплавом, отличающийся тем, что к шихте, содержащей 1,0-1,4 мас.% оксида скандия, добавляют 1,4-1,7 мас.% оксида циркония и восстановление проводят при отношении галогенидного расплава к алюминиево-магниевому сплаву от 1,2 до 1,6.