Способ очистки вторичных цинковых сплавов
Владельцы патента RU 2324750:
Федеральное государственное научное учреждение "Научный центр порошкового материаловедения" (RU)
ЗАО ПТК "Высокие технологии" (RU)
Изобретение относится к области очистки вторичных цинковых сплавов и получения цинковых сплавов из вторичного сырья и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Способ очистки вторичных цинковых сплавов включает обработку сплава рафинирующими присадками, которые при взаимодействии с примесями цинка образуют тугоплавкие фазы, и отделение тугоплавких соединений. При этом взаимодействие с рафинирующими присадками и отделение тугоплавких фаз осуществляют путем пропускания расплава очищаемого сплава через пенокерамический фильтр с активным ультрадисперсным покрытием, полученным химическим осаждением соединений элементов II-IV групп Периодической системы Менделеева и термической обработкой при 1000-1200°С. Техническим результатом изобретения является удаление неметаллических включений, повышение однородности распределения и снижение содержания свинца и железа. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области получения цинковых сплавов из вторичного сырья и может быть использовано в металлургии и машиностроении.
Литейные цинковые сплавы широко применяются в основном в автомобильной промышленности для отливки корпусов карбюраторов, насосов, спидометров, решеток радиаторов, деталей гидравлических тормозов. Несмотря на то, что по потреблению цинка на душу населения Россия пока серьезно отстает от стран Западной Европы, тенденции развития в нашей стране в целом соответствуют общеевропейским и в ближайшее время следует ожидать значительного увеличения потребления цинковых сплавов. При этом экономически наиболее выгодно вовлечение в производство вторичных цинковых сплавов.
Основной проблемой при использовании вторичных цинковых сплавов являются неконтролируемые примеси, попадающие в сплав при пайке деталей и переработке металлического лома. Между тем, характерным требованием к цинковым литейным сплавам является жесткое ограничение по предельному содержанию вредных примесей, особенно свинца и железа, вызывающих образование межкристаллитной коррозии в отливках.
В условиях литейных цехов для частичной очистки цинковых сплавов от свинца и железа наиболее часто используют ликвационный способ, основанный на ограниченной растворимости свинца и железа в цинке при 420-430°С и на разности в плотностях металлов. Жидкий расплав разделяется на два слоя, нижний из которых обогащен свинцом, железо выделяется на границе этих слоев в виде кристаллов химического соединения FeZn7 (Кечин В.А., Люблинский Е.Я. Цинковые сплавы. М.: Металлургия, 1986. С.136-138). Основным недостатком способа является его длительность, поскольку для разделения необходимо отстаивание в течение нескольких десятков часов. Кроме того, способ трудоемкий и позволяет снизить содержание свинца только до 0,5%.
Наиболее близок к заявляемому способ очистки вторичных цинковых сплавов, основанный на использовании в качестве рафинирующих присадок металлов, которые при взаимодействии с примесями цинка образуют тугоплавкие фазы (интерметаллические соединения, твердые растворы и т.д.), отличающиеся по плотности от расплава цинка (Кечин В.А., Люблинский Е.Я. Цинковые сплавы. М.: Металлургия, 1986. С.138-142). При последующем отстаивании в течение нескольких часов происходит разделение фаз: тугоплавкие фазы всплывают на поверхность либо в том случае, если их плотность выше плотности расплава цинка, скапливаются на дне тигля.
При осуществлении этого способа достаточно трудно отделить образовавшиеся тугоплавкие фазы, особенно в случае, если вредных примесей в расплаве цинка менее 1%.
Предлагаемое изобретение обеспечивает удаление неметаллических включений из вторичного цинкового сплава, повышает однородность распределения и снижает содержание свинца и железа.
Указанная цель достигается тем, что в способе очистки вторичных цинковых сплавов, включающем взаимодействие примесей расплава очищаемого сплава с рафинирующими присадками, образующими тугоплавкие фазы, и последующее отделение тугоплавких фаз, согласно предлагаемому решению взаимодействие с рафинирующими присадками и отделение тугоплавких фаз осуществляют путем пропускания расплава очищаемого сплава через пенокерамический фильтр с активным ультрадисперсным покрытием, полученным химическим осаждением соединений элементов II-IV групп Периодической системы Менделеева и термической обработкой при 1000-1200°С.
Использование пенокерамического фильтра с активным ультрадисперсным металлическим покрытием, полученным из заявляемых соединений металлов, позволяет за короткое время эффективно очистить сплавы от примесей.
Для получения в качестве металлического покрытия с практически равным техническим результатом могут быть использованы соединения магния и/или алюминия, и/или циркония или соединения любых других элементов II-IV групп Периодической системы Менделеева.
На фиг.1 представлена микроструктура вторичного цинкового сплава до и после фильтрации, на фиг.2 - фрагменты распределения железа и свинца в составе сплава до и после фильтрации.
Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Цинковый сплав получали из цинкового лома в производственных условиях ЗАО «УралВерстМет» (г.Пермь) при 650°С в течение 4 ч. Заливку проводили через пенокерамические фильтры, изготовленные в ФГНУ «Научный центр порошкового материаловедения».
Методом дублирования полимерной матрицы получали огнеупорную основу фильтра, при термообработке удаляли полимер и проводили спекание материала. На спеченный фильтр методами химического осаждения наносили соединения магния и алюминия и получали в результате термообработки при 1000-1200°С активное ультрадисперсное покрытие.
В таблице приведены данные по химическому составу вторичного цинкового сплава до и после фильтрации, определенному методом спектрального анализа.
На фотографиях микрошлифов вторичного цинкового сплава до и после фильтрации (фиг.1) видно, что использование фильтра обеспечивает получение более чистого сплава и удаление неметаллических включений.
| Таблица Химический состав цинковых сплавов | |||||||
| Цинковый сплав | Содержание элементов, % | ||||||
| Al | Cu | Pb | Sn | Fe | Si | Mg | |
| ЦА4М1 ГОСТ 25140-93 | 3,5-4,3 | 0,7-1,2 | <0,02 | <0,002 | <0,05 | <0,02 | 0,02-0,06 |
| вторичный | 4,3 | 1,35 | 0,08 | 0,001 | 0,05 | 0,02 | 0,02 |
| втор., фильтр | 3,7 | 1,00 | 0,01 | 0,002 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
Распределение элементов изучали на шлифах, вырезанных из заготовок перпендикулярно направлению заливки. На микрорентгеноспектральном анализаторе МАР-2 проводили сканирование вдоль середины шлифа. Длина сканированного участка 8000 мкм (8 мм). Сравнение проводили с эталонами чистых элементов, шкалу выбирали в соответствии с содержанием элемента в составе сплава. Поскольку содержание свинца в исходном вторичном сплаве всего 0,08%, а железа - 0,05%, то проводили сравнение интенсивности и распределения пиков (фиг.2). При использовании предложенного решения интенсивность пиков свинца и железа резко снизилась, что свидетельствует о повышении равномерности распределения элементов-примесей и снижении их содержания (табл.).
Твердость сплава ЦА4М1 по Бринеллю 80 (по ГОСТ 25140-93). Твердость по Бринеллю вторичного сплава равняется 102, а сплава после фильтрации - 80-85. Таким образом, при использовании предложенного способа удается удалить неметаллические включения, повысить однородность распределения и снизить содержание свинца и железа.
Способ очистки вторичных цинковых сплавов, включающий взаимодействие примесей расплава очищаемого сплава с рафинирующими присадками, образующими тугоплавкие фазы, и последующее отделение тугоплавких фаз, отличающийся тем, что взаимодействие с рафинирующими присадками и отделение тугоплавких фаз осуществляют путем пропускания расплава очищаемого сплава через пенокерамический фильтр с активным ультрадисперсным покрытием, полученным химическим осаждением соединений элементов II-IV групп Периодической системы Менделеева и термической обработкой при 1000-1200°С.
