Способ получения алюминий-скандиевой лигатуры

 

Изобретение относится к металлургии редких металлов, точнее к технологии сплавов алюминия с редкоземельными элементами - скандием, иттрием и лантанидами. Техническим результатом является получение более однородных слитков, стабилизация и упрощение процесса. Способ получения алюминий-скандиевой лигатуры, включает восстановление фторсодержащих соединений скандия алюминием в присутствии хлоридов и фторидов калия и натрия при нагревании под слоем покровного флюса из хлоридов натрия и калия. Перед восстановлением смешивают гранулы металлического алюминия с размером частиц 2-7 мм с гексафторскандиатом натрия и фторидом натрия, взятых в соотношении (вес.): гранулы алюминия: гексафторскандиат натрия: фторид натрия, равном (8,7-9,1):1: (1,2-1,8). Полученную шихту помещают в тигель, заливают расплавленной смесью хлорида натрия и хлорида калия с образованием покровного флюса слоем 20-30 мм и восстановление проводят при нагревании до температуры 700-750^oС с последующей выдержкой 60-90 мин и отделением полученной лигатуры. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии редких металлов, точнее к технологии сплавов алюминия с редкоземельными элементами: скандием, иттрием и лантанидами. Наряду со стандартным вариантом получения путем сплавления алюминия с редкоземельным металлом, известны экономически более выгодные способы изготовления таких сплавов, основанные на реакциях металлотермии, т. е. вытеснения редкоземельного металла более активным алюминием [1, 2, 3].

Основные трудности возникают при проведении процесса, т.к. необходимо обеспечить усреднение исходных компонентов и металлического алюминия. Учитывая относительно невысокую растворимость редкоземельного металла в алюминии, это представляет определенные трудности. Для понижения температуры процесса в систему вводят хлориды или фториды натрия и калия [2]. Скандий вводят в процесс в форме оксида или фторида скандия [4].

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является техническое решение, изложенное в патенте [5]. Лигатуру получают, загружая скандийсодержащую смесь под слой флюса в расплавленный алюминий при температуре 840-850^oС. Скандийсодержащая смесь состоит из фторида скандия, фторида натрия и хлорида калия.

Недостаток данного технического решения заключается в получении неоднородной лигатуры, т.к. трудно обеспечить равномерное распределение скандия во всей массе слитка. Кроме того, засыпка внутрь расплавленного алюминия представляет трудную задачу. Для ликвидации указанных недостатков и упрощения процесса авторами предлагается следующее техническое решение.

Техническим результатом является получение однородных слитков, стабилизация и упрощение процесса.

Этот технический результат достигается способом получения алюминий-скандиевой лигатуры, включающим восстановление фторсодержащих соединений скандия алюминием в присутствии хлоридов и фторидов калия и натрия при нагревании под слоем покровного флюса из хлоридов натрия и калия, согласно изобретению, что перед восстановлением смешивают гранулы металлического алюминия с размером частиц 2-7 мм с гексафторскандиатом натрия и фторидом натрия, взятых в соотношении (вес. ): гранулы алюминия: гексафторскандиат натрия: фторид натрия, равном (8,7-9,1): 1:(1,2-1,8), полученную шихту помещают в тигель, заливают расплавленной смесью хлорида натрия и хлорида калия с образованием покровного флюса слоем 20-30 мм, и восстановление проводят при нагревании до температуры 700-750^oС с последующей выдержкой 60-90 мин и отделением полученной лигатуры.

Пример 1 В графитовый тигель загрузили гранулы металлического алюминия с размером частиц, гексафторскандиат натрия и фторидом натрия в количествах, указанных в таблице. Шихту предварительно перемешали. В тигель залили расплавленную смесь хлорида натрия (57%) и хлорида калия (43%), полностью закрыв шихту с превышением слоя расплава над поверхностью шихты на 20-22 мм. Тигли поместили в муфель и прокалили 1 час при температуре 720^oС. Результаты представлены в таблице.

Степень неоднородности слитка лигатуры определяли как отношение концентрации скандия в нижней части слитка к концентрации в верхней: q=Сн/Св. Если использовать гранулы алюминия 1 мм и менее, то уменьшается извлечение вследствие частичного окисления скандия кислородом оксидной пленки алюминия. Более крупные куски приводят к возрастанию степени неоднородности. При уменьшении количества гексафторскандиата натрия (оп.6), степень неоднородности возрастает из-за недостатка скандия, необходимого для образования интерметаллида Аl₃Sс. Если не соблюдать требования к высоте покровного слоя, то возможно проникновение кислорода воздуха и окисление скандия при температуре прокаливания. Гексафторскандиат натрия имеет преимущество перед фторидом скандия, так как последний плавится при высокой температуре. При восстановлении с использованием гексафторскандиата натрия скандий окисляется в меньшей степени. Положительный эффект заключается в получении более однородных слитков, в стабилизации и упрощении процесса.

Источники информации 1. Сандлер Р. А. и др. Магниетермический способ получения титан-алюминиевых сплавов. АС СССР 174792 от 07.09.65, С 22 С 1/00.

2. Клочихина Т.П. и др. Способ получения алюминий-циркониевых лигатур. АС СССР 254090 от 07.10.69, С 22 С 1/02.

3. Ковалевский А.В. и др. Способ получения сплава алюминия с редкоземельными металлами. АС СССР 511360 от 30.04.74, С 22 С 1/06.

4. Шубин А.Б. и др. Способ получения лигатуры скандий-алюминий. Патент РФ 2124574, С 22 С 1/03.

5. Москвитин В. И. , Махов С.В. и др. Способ получения лигатуры алюминий-скандий. АС 1580826 от 11.12.87, С 22 С 1/06.

Формула изобретения

Способ получения алюминий-скандиевой лигатуры, включающий восстановление фторсодержащих соединений скандия алюминием в присутствии хлоридов и фторидов калия и натрия при нагревании под слоем покровного флюса их хлоридов натрия и калия, отличающийся тем, что перед восстановлением смешивают гранулы металлического алюминия с размером частиц 2-7 мм с гексафторскандиатом натрия и фторидом натрия, взятых в соотношении, вес.%: гранулы алюминия : гексафторскандиат натрия : фторид натрия, равном 8,7-9,1:1:1,2-1,8, полученную шихту помещают в тигель, заливают расплавленной смесью хлорида натрия и хлорида калия с образованием покровного флюса слоем 20-30 мм и восстановление проводят при нагревании до температуры 700-750°С с последующей выдержкой 60-90 мин и отделением полученной лигатуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1