Способ изготовления литий-борного сплава

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению литий-борного сплава и может использоваться в электротехнике для активных анодных материалов в химических источниках тока. Способ изготовления литий-кадмий-борного сплава включает загрузку в тигель герметичного реактора компонентов сплава, их расплавление путем многоступенчатого нагрева с выдержкой при каждой температуре до достижения температуры вязкости и охлаждение полученного сплава. Сначала в тигель загружают литий в количестве 52-58 мас.% и кадмий в количестве 1-3 мас.% и проводят многоступенчатый нагрев, при котором сначала осуществляют нагрев загруженных в тигель лития и кадмия до температуры 340°С с получением расплава, в который затем вводят аморфный порошковый бор в количестве 41-45 мас.% с одновременным механическим перемешиванием полученной смеси, далее осуществляют последующий нагрев до температуры 450°С, а затем - нагрев до температуры 500°С, перемешивание прекращают и ведут дальнейший нагрев до температуры 540-560°С с получением затвердевшего литий-кадмий-борного сплава, который затем охлаждают. Обеспечивается увеличение пластичности сплава. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к металлургии легких металлов, в частности, к получению литий-борного сплава. Может использоваться в электротехнике для активных анодных материалов в химических источниках тока.

Известен способ получения сплава литий-бор по изобретению РФ №1633830, опубл. 27.09.1999 г. Способ включает синтез компонентов трехстадийным нагревом в инертной атмосфере с поддержанием на первой стадии температуры 450-530°С, на второй - 540-550°С и на третьей - 650-700°С, при этом используют порошок бора в аморфном состоянии и нагрев осуществляют в среде расплавленных галогенидов лития.

Недостатком способа является необходимость дополнительных технологических операций по отделению сплава от солей лития и хрупкость получаемого сплава.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения сплава литий-бор по изобретению РФ №2395603, дата публикация 27.07.2010, включающий одновременно механическое и электромагнитное перемешивание компонентов в реакторе, многоступенчатый нагрев в инертной атмосфере с выдержкой при каждой температуре и охлаждение с получением слитка.

Недостатком данного метода является использование одноразовых тиглей сложной эллиптической формы, что требует значительных затрат для их изготовления, а также применение специального сложного устройства для электромагнитного перемешивания компонентов. При этом сплав имеет недостаточную пластичность для проката его в фольгированную ленту, которая используется для образования активных анодных материалов в химических источниках тока.

Техническим результатом предлагаемого решения является улучшение пластичности сплава.

Для получения заявленного технического результата в способе изготовления литий-борного сплава, включающем загрузку в тигель герметичного реактора лития и бора, нагрев сплава с одновременным механическим перемешиванием, отключение перемешивания при достижении вязкости сплава, последующий многоступенчатый нагрев с выдержкой при каждой температуре и охлаждение сплава с получением слитка, внесены изменения в состав компонентов сплава. В тигель одновременно с литием дополнительно загружают кадмий в соотношении 52-58 масс.% лития, 1-3 масс.% кадмия.

Для реализации способа с целью улучшения гомогенизации сплава использован тигель цилиндрической формы, внутри которого смонтирована насадка в виде двух пересекающихся взаимно-перпендикурных плоскостей.

Добавление кадмия позволяет ускорить процесс образования литий-борного расплава и улучшить характеристики композита. Это объясняется хорошей смачиваемостью частиц бора кадмием с образованием на его поверхности мономолекулярной пленки, способствующей более быстрой реакции лития с бором. Одновременно улучшается пластичность получаемого сплава.

Способ осуществляют следующим образом.

Процесс получения литий - кадмий-борного сплава ведут в герметичном реакторе с инертной атмосферой с содержанием влаги менее 0,1 ppm и кислорода менее 0,5 ppm. В тигель загружают очищенный литий в виде небольших кусочков и кадмий металлический в виде пластин в соотношении на 52-58 масс.% лития 1-3 масс.% кадмия и включают нагрев тигля со скоростью 3-10°С.

К полученному сплаву только после полного расплавления лития и кадмия при 340°С добавляют аморфный бор в соотношении 41-45 масс.% с одновременным механическим перемешиванием. Смесь нагревают далее со скоростью 3-10°С до температуры 450°С.

В температурном интервале 340-450°С происходит экзотермическое взаимодействие компонентов с образованием жидкого металлического раствора.

Однородность литий-кадмий - борного сплава, а следовательно, его пластичность обеспечиваются гомогенизацией смеси путем непрерывного механического перемешивания.

При дальнейшем увеличении температуры между 450-500°С вязкость расплава литий-кадмий-бор возрастает, перемешивание прекращают, а при 540-560°С сплав затвердевает. Цвет поверхности твердого сплава изменяется от блестящего металлического до серовато-белого вследствие экзотермического образования твердого продукта (Li5B4).

Механическое перемешивание осуществляется с помощью насадки крестообразной формы в разрезе. Насадка выполнена из двух пересекающихся взаимно-перпендикулярных плоскостей (см. фиг.1).

Далее полученный сплав охлаждается в инертной среде до комнатной температуры.

Гомогеннность смеси достигается применением перемешивающих устройств, принцип вращения которых позволяет избежать застойных зон по объему цилиндрического тигля.

Применение кадмия позволило ускорить процесс образования литий-борного расплава при температурах 340-450°С.

Расплав литий-кадмий взаимодействует с порошком аморфного бора во временном промежутке 10-15 мин, вместо прежних 1-2 часа, что значительно быстрее позволяет проводить весь процесс изготовления сплава.

Таким образом предлагаемый способ за счет добавления кадмия в процессе изготовления литий-борного сплава позволяет получить материал с улучшенной пластичностью, а также ускорить процесс его получения, Кроме того, предлагаемый способ позволил исключить электромагнитное перемешивание, тем самым упростить и удешевить весь процесс.

1. Способ изготовления литий-кадмий-борного сплава, включающий загрузку в тигель герметичного реактора компонентов сплава, их расплавление путем многоступенчатого нагрева с выдержкой при каждой температуре до достижения температуры вязкости и охлаждение полученного сплава, отличающийся тем, что сначала в тигель загружают литий в количестве 52-58 мас.% и кадмий в количестве 1-3 мас.% и проводят многоступенчатый нагрев, при котором сначала осуществляют нагрев загруженных в тигель лития и кадмия до температуры 340°С с получением расплава, в который затем вводят аморфный порошковый бор в количестве 41-45 мас.% с одновременным механическим перемешиванием полученной смеси, затем осуществляют последующий нагрев до температуры 450°С, а затем - нагрев до температуры 500°С, перемешивание прекращают и ведут дальнейший нагрев до температуры 540-560°С с получением затвердевшего литий-кадмий-борного сплава, который затем охлаждают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют тигель цилиндрической формы, внутри которого смонтирована насадка для перемешивания в виде двух пересекающихся взаимно-перпендикулярных плоскостей.