способ получения алюминиевой лигатуры al-mg-mn-y для получения алюминиевых сплавов
Классы МПК: | C22C1/02 плавлением C22C21/00 Сплавы на основе алюминия |
Автор(ы): | Александровский Сергей Васильевич (RU), Сизяков Виктор Михайлович (RU), Айматов Улугбек Ахматович (RU), Уголков Валерий Леонидович (RU), Гейликман Михаил Борисович (RU), Брылевская Елена Анатольевна (RU), Гембицкая Ирина Михайловна (RU), Куликова Мария Алексеевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-03-05 публикация патента:
20.10.2009 |
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов на основе алюминия с редкими металлами. Способ получения алюминиевой лигатуры Al-Mg-Mn-Y для получения алюминиевых сплавов включает приготовление шихты из галогенидов щелочных металлов, оксида марганца и 2-3 мас.% оксида иттрия, восстановление оксида марганца и оксида иттрия сплавом алюминия с 17-20 мас.% магния при нагреве до 950-1000°С и выдержке в течение 1-2 часов. Получается лигатура, позволяющая получать алюминиевые сплавы на основе алюминия с тонкой микроструктурой и максимальным эффектом упрочнения.
Формула изобретения
Способ получения алюминиевой лигатуры Al-Mg-Mn-Y для получения алюминиевых сплавов, включающий приготовление шихты из галогенидов щелочных металлов, оксида марганца и 2-3 мас.% оксида иттрия, восстановление оксида марганца и оксида иттрия сплавом алюминия с 17-20 мас.% магния при нагреве до 950-1000°С и выдержке в течение 1-2 ч.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам получения сплавов алюминия с редкими металлами.
Известен способ прямого сплавления алюминия и редких металлов в атмосфере аргона [Альтман М.Б. Металлургия литейных алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1972. 153 с.]. Недостатком этого способа является
применение относительно дорогих исходных материалов в металлической форме, большой угар редких металлов при плавлении.
Известен способ получения лигатур алюминий-марганец [Напалков В.Н., Махов С. В. Легирование и модифицирование алюминия и магния. - М.: МИСиС. 2002. С.200-201], включающий сплавление в тигельных печах исходных элементов при 1000°С и рафинирование при 850°С хлоридом марганца, при этом угар марганца составляет 5%.
Лигатуру алюминий-марганец также получают в алюминиевых электролизерах при введении в него оксида марганца или металлического марганца [Там же, с.202].
В качестве прототипа предлагается способ получения сложных лигатур редких металлов системы Al-Mn-Sc [Наумкин В.П., Терехова В.Ф., Савицкий Е.М. // Изв. АН СССР. Металлы. 1965. № 4, с.176-182]. Лигатуру получают методом дуговой плавки в атмосфере аргона при температуре 1800°С с использованием чистого алюминия, порошков металлического скандия и электролитического марганца.
Недостаток этого способа заключается в необходимости предварительного получения порошков исходных легирующих компонентов шихты, что не позволяет снизить их стоимость и расход и достигнуть гомогенного распределения мелкозернистых интерметаллидов.
Техническим результатом изобретения является получение сложной лигатуры, которая позволяет синтезировать алюминиевые сплавы с тонкой микроструктурой и максимальным эффектом упрочнения, при этом экономятся легирующие элементы и усиливается их положительное действие.
Технический результат достигается тем, что в способе получения алюминиевой лигатуры Al-Mg-Mn-Y для получения алюминиевых сплавов, заключающемся в приготовлении шихты из галогенидов щелочных металлов и оксида марганца и восстановлении ее сплавом алюминия с 17-20% магния, согласно изобретению предварительно к шихте добавляют 2-3 мас.% оксида иттрия, нагревают до 950-1000°С и производят выдержку в течение 1-2 час.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
В большинстве алюминиевых сплавов магний является основным составляющим компонентом. Совместное легирование алюминиевого сплава марганцем и иттрием упрочняет алюминиевую матрицу вследствие следующего: при легировании сплавов марганцем наблюдается высокая скорость огрубления интерметаллидов Аl6Mn при нагреве. При введении иттрия образуются вторичные частицы фазы Al3Y, которые коагулируют со значительно меньшей скоростью, чем частицы Al6Mn, в конечном итоге они сохраняют высокую дисперсность и соответственно способность тормозить рекристаллизацию и упрочнять алюминиевую матрицу. При восстановлении оксидов марганца и иттрия сплавом Al с 17-20% Mg последний играет роль восстановителя, а алюминий - роль коллектора. При этом процесс восстановления соединений оксидов марганца и иттрия протекает активно и одновременно.
Следует отметить, что в галогенидном расплаве образуются прекурсоры - галогенидные соединения марганца и иттрия в виде расплавленных солей. При последующем восстановлении такого расплава синтезируются интерметаллиды Al6Mn и Al3 Y заданного состава, что обеспечит положительное влияние их на структуру и свойства получаемых в последствии сплавов и полуфабрикатов. Таким образом, для получения алюминиевых сплавов оптимальным представляется применение лигатуры Al-Mg-Mn-Y. При этом может быть использован относительно дешевый черновой концентрат иттрия с пониженным содержанием оксида иттрия.
Выбор параметров обусловлен следующим.
Содержание иттрия в расплаве ниже 2,0 мас.% не позволит получать лигатуру заданного состава, и ее технологические (модифицирующие) свойства будут нарушены. В случае содержания иттрия в расплаве более 3 мас.% это приведет к перерасходу дорогостоящего компонента (иттрия) и лигатура экономически становится невыгодной.
Нагрев шихты ниже, чем 950°С не позволяет синтезировать гомогенную лигатуру, процесс восстановления затормаживается и образуются крупные интерметаллиды; при температуре синтеза более 1000°С возможны потери легирующих компонентов.
При выдержке расплава менее 1 часа процесс взаимодействия исходных реагентов протекает не полностью и потери легирующего металла увеличиваются. В случае продолжительности выдержки более 2 часов возможен повышенный угар легирующих компонентов.
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 марганца и иттрия. Температура процесса 900-1050°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 марганца и иттрия позволяет снизить расход дорогостоящих порошковых компонентов на 15%,увеличить степень извлечения легирующих элементов в лигатуру и в конечном итоге улучшить модифицирующее совместное действие легирующих элементов.
Класс C22C21/00 Сплавы на основе алюминия