Способ получения цирконийсодержащей лигатуры

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сплавов алюминия с редкими металлами. Способ включает металлотермическое восстановление соединений циркония в галогенидных расплавах. Хлоридный расплав, содержащий 3-7 мас.% растворенного циркония и хлориды натрия и калия в соотношении (2-3), восстанавливают сплавом алюминий-магний. Изобретение позволяет получить прочный и пластичный сплав при относительно низкой температуре, содержащий цирконий с максимальным эффектом усвоения (93%), а также снизить стоимость полученной лигатуры на 20-30% за счет уменьшения расхода дорогостоящего фторцирконата калия на 20%. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам получения сплавов алюминия с редкими металлами. Легирование алюминиевых сплавов цирконием значительно повышает прочность и пластичность сплавов.

Известен способ прямого сплавления алюминия и редких металлов в атмосфере аргона (патент США №3619181), недостатки этого способа - применение относительно дорогих исходных материалов в металлической форме, большой угар редких металлов при плавлении.

Известен способ получения сплавов с цирконием путем восстановления фторцирконата калия алюминием при 1100°С [Лебедев А.А., Аникина А.Д. Исследование сплавов цветных металлов. М.: АН СССР, 1962. №3. С.181-183].

В качестве прототипа предлагается способ получения лигатуры алюминий-цирконий путем введения фторцирконата калия в два приема: первичный алюминий нагревают до 1100-1200°С. Соль забрасывают на поверхность расплава и замешивают в расплав; перед второй присадкой соли расплав опять подогревают до 1200°С [Бондарев Б.И. и др. Модифицирование алюминиевых деформируемых сплавов. М.: Металлургия. 1979. С.223].

Недостаток способа заключается в необходимости нагрева алюминия до 1100-1200°С, что вызывает большой угар алюминия и циркония.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. снижение температуры процесса и, как следствие, экономия расходных материалов за счет оптимального усвоения лигатурой циркония.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения цирконийсодержащей лигатуры, включающем металлотермическое восстановление соединений циркония в галогенидных расплавах, согласно изобретению хлоридный расплав, содержащий 3-7% растворенного циркония и хлориды натрия и калия в соотношении (2-3) восстанавливают сплавом алюминий-магний.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В большинстве алюминиевых сплавов магний является основным составляющим компонентом. Восстановление хлоридов циркония сплавом Al-Mg в предлагаемом процессе осуществляется в основном магнием, более активным элементом, чем алюминий, благодаря чему усвоение циркония возрастает. Таким образом, синтезируется тройная лигатура Al-Mg-Zr, которая обладает более низкой температурой плавления, чем двойная лигатура Al-Zr.

Использование хлоридных расплавов циркония на основе хлоридов натрия и калия позволяет снизить температуры плавления исходных хлоридов и процесса восстановления. В конечном итоге процесс восстановления осуществляется при относительно низких температурах, что позволяет снизить потери исходных компонентов и синтезировать лигатуру заданного состава.

Выбор параметров обусловлен следующим. Содержание растворенного циркония в исходном расплаве менее 3 мас.% не позволяет получить лигатуру с рабочим содержанием легирующего элемента. При концентрации циркония более 7 мас.% возможно его улетучивание в форме хлоридов из очага реакции.

При соотношении хлоридов натрия и калия менее 2 температура плавления рабочего расплава будет относительно высокой и процесс восстановления протекает замедленно. В случае отношения хлорида натрия к хлориду калия более 3 вероятно образование менее прочных комплексных соединений в расплаве и, как следствие, потери циркония в виде возгонов его хлоридов будут возрастать.

Способ осуществляется следующим образом. Проводится металлотермическое восстановление хлоридного расплава, содержащего 3-7 мас.% растворенного циркония и хлориды натрия и калия в соотношении от 2 до 3, сплавом алюминий-магний, содержащим 17-20% Mg.

Пример. Лабораторная установка состоит из шахтной печи, герметичного реактора и стакана. В качестве восстановителя применяют 100 г сплава алюминия с 18 мас.% магния, исходная шихта в количестве 160 г содержит галогениды натрия, калия с соотношением, равным 2,5 и циркония 5 мас.%. Температура процесса 800-900°С. По окончании процесса производили выдержку. Полученные продукты охлаждали и анализировали на содержание элементов. Содержание циркония в лигатуре 5%, а извлечение его из расплава составило 93%. Результаты опытов при заданных содержаниях компонентов приведены в таблице.

Таблица
№	%, Zr	NaCl:KCl	Извлечение Zr из расплава, %	Примечания
1	2	2,5	90	Высокая Тпл расплава
2	3'	2,5	92	Гомогенная лигатура
3	5	2,5	93	-"-
4	7	2,5	92	-"-
5	9	2,5	89	Улетучивание хлорида циркония
6	5	1,5	90	Высокая Тпл расплава
7	5	2	93	Гомогенная лигатура
8	5	2,5	93	-"-
9	5	3	92	-"-
10	5	3,5	90	Образование возгонов
11	Прототип	80	Высокая температура процесса. Потери легирующего элемента.

Полученные данные свидетельствуют о техническом эффекте предлагаемого способа: восстановление хлоридов циркония позволяет снизить температуру процесса и расход дорогостоящего циркония, увеличить степень извлечения легирующего элемента в лигатуру и в конечном итоге улучшить модифицирующее действие легирующего элемента.

Способ получения цирконийсодержащей лигатуры, включающий металлотермическое восстановление соединений циркония в галогенидных расплавах, отличающийся тем, что металлотермическое восстановление осуществляют алюминий-магниевым сплавом в хлоридном расплаве, содержащем хлориды натрия и калия при их соотношении 2-3 и 3-7 мас.% растворенного циркония.