Флюс для рафинирования алюминиевых сплавов

 

СОО3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2-4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3780061/22-02 (22) 13.08.84 (46) 15.03.86. Бюл. 9 10 (72) А.С. Кауфман, Ж.В. Токарев, А.М. Савин, M.Þ.Áàðûøíèêoâ, Л.И.Жутаев и Ф. Х. Хамидуллин (53) 669.714.11(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 453440, кл. С 22 В 9/.10, 1973.

Авторское свидетельство СССР

У 575376, кл. С 22 В 9/10, 1976.

Заявка Великобритании 9.2112020, кл. С 22 С 1/02, опублик. 1983. (54)(57) ФЛЮС ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ

АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, содержащий хлористый калий, хлористый натрий и (19) (11) (511 4 С 22 В 9/1О, С 22 С 1/06 фторалюминат калия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения.температуры плавления флюса, повышения степени очистки обрабатываемого сплава от газовых и неметаллических включений, а также снижения. стоимости флюса, он содержит ингредиенты при отношении фторидной части к сумме хлоридов s пределах 0,020,04 и следующем соотношении ингре" диентов, мас.Х:

Хлористый калий 65-70 . Хлористый натрий 26-33

Фторалюминат калия

1217905

Изобретение относится к литейному производству, а именно к процессам рафинирования алюминиевых спла-.. вов, которые перед заливкой, например в прессформы литья под давлением, 6брабатываются флюсами для удаления .неметаллических включений.

Пелью изобретения является снижение температуры плавления флюса, новьппение степени очистки обрабатываемого сплава от газовых и неметаллических включений и снижения стоимости флюса.

В соответствии с изобретением флюс имеет следующий состав, мас. :

Хлористый калий 65-70

Хлористый натрий ; 26-33

Фторалюминат калия 2-4 при отношении фторидной части к сумме хлоридов в пределах 0,02-0,04.

Из анализа приведенногосостава . следует, что для ограниченйя содержания катионов натрия во флюсе количество хлористого натрия снижено в

1,3-1,7 раза по сравнению с применя-. емой при рафинировании литейных сплавов хлоридной основой флюсов, содер-. жащей эквимольную концентрацию хлоридов натрия и калия. Незначительное содержание фторидов в составе предлагаемого флюса обусловлено дефицитностью калиевого криолита и стремлением снизить потери спЛава при возможном растворении его компонентов, которое возрастает при повышении концентрации фторидов во флюсе, Наличие хлоридов натрия и калия обеспечивает снижение потерь флюса от испарения, а также снижение его гигроскопичности.

Отсутствие в составе предлагаемого флюса хлористого магния позволяет применять егo для рафинирования ли-. тейных алюминиевых сплавов, содержащих церий и титан, Для оценки адгезионной активности и дегаэирующих свойств флюсов, а также потерь алюминия в солевых расплавах и температуры плавления последних, были подготовлень1 солевые системы предлагаемого состава, содер-. жащие калиевый криолит на верхнем, среднем и нижнем уровнях. Одновременно были подготовлены флюсы предлагае мой системы с содержанием калиевого криолита ниже и вьппе заданных пределов, а также флюс-прототип. При этом содержание катионов калия по каждой предлагаемой смеси превьппало содержание натрия в 2-6 5 раза. Суме марное содержание ингредиентов составляло 100Х.

Температуру плавления каждой солевой системы определяли методом

10 дифференциального термического анализа, а способность флюсов к дегазации обрабатываемого расплава — с по мощью непрерывной регистрации убыли массы реагентов в ходе взаимодействия

15 жидкого алюминия с исследуемыми флюсами.

При изучении динамики убыли массы в качестве датчика был применен механоэлектронный преобразователь, поз20 воляющий преобразовывать изменения массы в выходной электрический сигнал.

В ходе протекания химической реак" ции между металлом и флюсами масса

25 реагентов непрерывно изменяется за счет уноса летучих продуктов — трихлорида алюминия, натрия и калия.

Это вызывает деформацию механической системы датчика и приводит к разбалансу токов его анадов. Этот разбаланс записывается на ленте потенциоI метра КСП-4, включенного в диагональ измерительного моста.

Способность флюса к дегазации обрабатываемого сплава определяется

35 количеством генерируемого в ходЬ реакции трихлорида алюминия, в пузырьки которого диффундирует водород, растворенный в приповерхностных по отношению к этому пузырьку слоях

40 алюминиевого расплава. Поэтому при1 менение термогравиметрического метода в сочетании с химическим анализом возгонов позволяет оценить количество образующегося трихлорида алюминия, а также потери алюминия на улет.

Общие потери алюминия (на улет и на растворение оценивали взвеши ванием металлического слитка до и после реакции на аналитических весах модели ВЛА-200-М, Освобождение ме-: таллического слитка от остатков соли после реакции осуществаляли кипячением реактора (тигля из окиси

55 бериллия}. с реагентами в дистиллированной воде. Во время опытов тигли закрывали крьппкой из окиси бериллия, в которой были выполнены два отверстия диаметром 1 мм, Они предупреждали выбрасывание и испарение солей и обеспечивали в то же время удаление летучих продуктов реакций, отличающихся высоким давлением насыщенного пара. Потери флюсов от испарения оценивали с помощью записи кривых испарения с открытой поверхности соответствующих флюсов, При этом в качестве датчика был также использован механоэлектронный преобразователь.

Рафинирующую способность флюсов по отношению к включениям окиси алю" миния оценивали по величине косинуса краевого угла смачивания включения флюсом в среде металла/c05 9 ""/, Эту величину рассчитывали на основе полученных экспериментальных данных при определении поверхностного натяжения рассматриваемых солевых систем, их межфаэного натяжения на границе с .металлом и фотографирования профиля капли алюминия в среде флюса, . Для анализа газосодержания металла, обработанного флюсами предлагаемого состава и состава-прототипа, заливали образцы, которые в дальнейшем подвергали вакуум-кристаллизации.

В результате анализа данных, представленных в таблице, и изучения темплетов проб, затвердевших при остаточном давлении 50 ГПа, установлено следующее.

Значения межфазной энергии и сма чивающих характеристик предлагаемого флюса предпочтительнее по сравнению с аналогичными свойствами прототипа.

Это свидетельствует, во-первых, о снижении кинетических сопротивлений при переходе включениями межфазной границы металл -флюс, следствием которого является повышенная способность рафинирующей фазы предлагаемого состава к ассимиляции неметалических частиц. Во-вторых, высокие значения косинуса краевого угла смачивания предлагаемого флюса свидетельствуют об удовлетворительной смачивающей способности этим флюсом включений окиси алюминия в среде металла. Такой процесс обычно реализуется при рафинировании сплавов жидкими флюсами, когда капли последнего эмульгированы в среде металла.

Количество образующегося трихлорида алюминия при взаимодействии флюса предлагаемого состава с металличес1217905 ким алюминием заметно превышает тако вое, полученное для случая взаимодействия флюса-прототипа, с металлом.

Темплеты проб, отлитые из металла, обработанного флюсом предлагаемого состава с применением вакуум-кристаллизации, оказались наиболее плотными и соответствовали 1-2 баллам пористости шкалы ВИАМ, Потери металлического алюминия во флюсе-прототипе превышают таковые во флюсе предлагаемого состава. 11отери от испарения с открытой поверхности флюсапрототипа выше таковых, обнаруженных для флюса предлагаемого состава. Вслучае применения флюсов с содержанием фторалюмината калия чуть выше верхнего предлагаемого предела отмечается существенное снижение количе5

f0

f5

20 ства образующегося трихлорида алюми-, ния и возрастание потерь алюминия от растворения в солевом расплаве (таблица, флюс Н- 4).

На шлифах, приготовленных из металла, обработанного флюсом с содержанием фторалюмината калия в интервале 6-8 мас.X,óêå выявляется газовая пористость, соответствующая 3-4 байлам пористости шкалы ВИАИ, тогда как

30 таковая соответствует 1-2 баллам на шлифах иэ металла, обработанного флюсом, содержащим 3-4 мас.7. фторалюмината калия. Оптимальным с этой точки зрения следует признать отношение 0,03-0,04 (таблица, флюсы 11 2 ! и 3). Цри увеличении этого отношения ,до О, 06-0,09 наблюдается снижение количества образующегося трихлорида алюминия, а на шлифах вакуум-проб

40 выявляется пористость. Снижение дегазирующих свойств флюсов с повышенным отношением фторидов к хлоридной основе связано с образованием нелетучих нерастворимых в расплаве соли фторкомплексов алюминия.

При черезмерно низком отношении фторидов к хлоридной основе (менее 0,02) торможение процессов дегазации металла и смачивания вклю50 чений флюсами объясняется неразрушенной пленкой оксидов на поверхности обрабатываемого сплава (таблица, флюс У 1) . .Преимущества изобретения по Cpas55 нению с базовым, в качестве которого принят легкоплавкий флюс для обработки литейных сплавов, в том числе ,и системы алюминий †кремн, содержа1217905 б состоят поми- лическим включениям и газам, а такв том, что, же уменьшаются потери алюминия при по неметал-- . его растворении в солевом расплаве, о

Г 1 щий натриевый криолит, мо ранее рассмотренных снижается брак отливок

Основные физико-химические н дегазируке(ие свейства флюсов

Потери алюминия е

2 от начальной массы металла ест рагоеднекты, ОтноиеК нке фторидов х сумме хлорина укос от растз виде варения

4tCt ва флюсе

КС1 62,5

I1aCl 20,0

КИА1Ри 17 ° 5

llpo тотал

1 8 О 15 О 12 0 8

3, 125 450 0,80 720

0,2) КаС1 34.

0,01 1,9 520 0,79 670 1

О! O OS 09

460 Ое81 670 3 ° I О, 1. О,ОI 0,75

0,02 2

0,85 . 660 3,5

К Аlра 3

OiO3 2

0,3 0,01 0,6

КС1 65

4, ))ИС1 31

360 0,91 650 4,2 0,7 0,02 0,5

0,04 2

0.,065 2,2 340 0,89 650 1,9 0,35 . 0,06 0,4

6 е

))ИС1 26

К Л)У 4

КС1 70

HaCl 29

340 0 93 660 4;5 0,8

0,02 О ° 7

0,042 2,7

0,041 2,345 4!О

3,0

0 01 5 0,6

0,4

0,89 660

К)617 3

КС1 68 в

Данные по значениям меифазиой энергии на границе раздела получены в результате измерений мехфаэного яатяиеиия с памоиии метода максимального давления в капле металла. ВИИИПИ Венин (084/32 тнрен 46(Подписное

Филиал ППП "Патеит", г. Ужгороде улеПроектная,4

КФА)ра ) .КС1 65 .

ИИС1 33

КИА19е г

КС1 65

IaCl 32

K Alia 4

КС1 65

НИС1 29

K. А1е б

КС1 65

Отноиеие калия хлоистого натрии хларнсому сину раен ла ачи ння ( з89Потери алвмнния ка нспа рение с открытой .. поверхности, l от качали.ной массы

4(((w((:a