Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов



Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов

 


Владельцы патента RU 2567779:

Общество с ограниченной ответственностью "Алиминиевые композиты" ООО "АлКом" (RU)

Изобретение относится к получению упрочненных легких сплавов на основе алюминия. В расплав алюминиевого сплава при температуре 750÷800ºС вводят 6 мас.% порошка криолита Na3AlF6, через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят 5÷6 мас.% модификатора при одновременной активации расплава в течение не менее 20 мин механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц. В качестве модификатора используют перемешанную до однородного состояния смесь, состоящую из 20 мас.% нанопорошка титана, 5 мас.% нанопорошка углерода и 75 мас.% порошка криолита. Обеспечивается повышение прочности и износостойкости дисперсно-упрочненных сплавов за счет образования in situ наночастиц карбида титана, равномерно распределенных в алюминиевой матрице. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению легких сплавов на основе алюминия с повышенной прочностью и износостойкостью за счет введения в них упрочняющих дисперсных модификаторов. Дисперсно-упрочненные легкие сплавы на основе алюминия используются для изготовления отдельных деталей и изделий в целом, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками при малом весе, в ряде отраслей промышленности (ракетно-космическая, авиационная, автомобильная и др.).

В настоящее время нашли широкое применение сплавы с плотностью не более 3000 кг/м3 на основе алюминия, в которые вводят до 15 мас.% кремния, магния, цинка, меди, марганца, титана и других металлов. Одним из наиболее перспективных направлений повышения прочностных характеристик сплавов на основе алюминия (дюралей, силуминов, дуралюминов) является введение в их состав дисперсных добавок из тугоплавких соединений (оксидов, карбидов, боридов различных металлов).

Известен способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов путем горячей экструзии гранулированных композиций, включающих карбонаты и оксид магния [1].

Известен способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава путем введения в расплав алюминия брикетов из высокопрочных керамических частиц, причем брикетирование проводят под давлением (100÷130) МПа, а брикеты перед вводом в расплав нагревают до температуры ~110°С [2].

Наиболее близким по техническому решению к заявленному изобретению является способ получения сплава на основе алюминия [3]. Этот способ основан на введении в расплавленную алюминиевую основу (1÷15) мас.% мелкодисперсных порошков оксидов металла с размером частиц в диапазоне (1÷100) нм, температура плавления которых превышает температуру плавления расплава.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа получения легких сплавов с повышенной прочностью и износостойкостью.

Для достижения указанного технического результата предложен способ получения модифицированных алюминиевых сплавов, включающий введение в расплав на основе алюминия модификатора. В расплав, нагретый до температуры (750÷800)°С, предварительно вводят 6 мас.% порошка криолита (Na3AlF6), через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят (5÷6) мас.% модификатора при одновременной активации расплава механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц в течение промежутка времени не менее 20 мин. В качестве модификатора используют перемешанную до однородного состояния смесь нанопорошков титана и углерода и порошка криолита при содержании компонентов, мас.%:

Ti 20
С 5
Na3AlF6 75

Полученный положительный эффект (повышение прочности и износостойкости легких сплавов) обусловлен следующими факторами.

1. Известно, что карбид титана (TiC) является одним из лучших модификаторов свойств алюминиевых сплавов, причем эффективность TiC повышается при использовании нанодисперсных частиц карбида титана. В известных технологиях порошок карбида титана получают заранее и вводят его в расплав на основе алюминия (ех sity-технологии).

При этом размер частиц модификатора в расплаве лимитируется дисперсностью исходного порошка. Получение нанодисперсных порошков НС представляет достаточно сложную техническую задачу. Кроме того, гидрофобность (плохая смачиваемость) порошка карбида титана с расплавом алюминия затрудняет образование центров кристаллизации алюминия [4].

В предлагаемом способе в расплав вводят смесь порошков титана и углерода, а образование частиц карбида титана происходит непосредственно в расплаве в соответствии с химической реакцией

Данный способ введения модификатора (in situ-технология) [5] позволяет в значительной мере решить отмеченные выше проблемы.

2. Заявляемое соотношение содержания титана и углерода в модификаторе (4/1) соответствует стехиометрии химической реакции (1). Стехиометрическое соотношение реагентов обеспечивает получение карбида титана без образования дополнительных продуктов в расплаве алюминия.

3. Введение в состав модификатора, а также предварительное введение в расплав алюминия порошка криолита способствует равномерному распределению в объеме расплава частиц модификатора. Кроме того, криолит - минерал, широко применяющийся в технологии электролизного получения алюминия из бокситов - позволяет рафинировать расплав (очистить его от шлаков и газовых включений).

Заявляемое содержание криолита в модификаторе (2/3 от основных реагентов - титана и углерода), а также предварительное введение в расплав 6 мас.% Na3AlF6 определено экспериментально из анализа характеристик модифицированных сплавов, полученных данным способом.

4. Активация расплава алюминия механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвука и/или электромагнитного поля способствует равномерному распределению образующихся частиц карбида титана в объеме алюминиевой матрицы. Это обеспечивает получение высоких прочностных характеристик модифицированных алюминиевых сплавов.

Значения частоты ультразвуковых колебаний (10 кГц) и/или частоты электромагнитного поля (40 кГц) также определены экспериментально анализом характеристик, полученных модифицированных сплавов.

Заявляемое время активации (не менее 20 мин) соответствует полному времени протекания химической реакции образования карбида титана в расплаве и получено экспериментально для лабораторной плавильной печи.

5. Температура расплава алюминия (750÷800)°С обеспечивает полноту проведения химической реакции образования карбида титана в расплаве.

Пример реализации способа.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1. Смесь порошка титана со среднемассовым диаметром частиц 0.1 мкм (0.5 кг), порошок углерода со средним диаметром частиц 0.01 мкм (0.125 кг) и порошок криолита со среднемассовым диаметром частиц 3.5 мкм (1.875 кг) смешивали до однородного состояния в пневматическом циркуляционном смесителе [6].

Расплав алюминия массой 50 кг в графитовом тигле 1 диаметром 300 мм и высотой 350 мм (фиг. 1) помещали в индукционно-плавильную печь и нагревали до температуры (750÷800)°С. Затем в расплав 2 вводили 2.5 кг порошка криолита. Далее через 10 минут порошок модификатора (2.5 кг) вводили в расплав. Процесс модификации проводили в течение 20 мин при одновременной активации расплава тремя механическими мешалками 3, воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц от ультразвукового технологического аппарата УЗТА-1/22-0 с излучателем 4 и воздействием электромагнитного поля частотой 40 кГц от генератора ТВИ-1 с индукционной катушкой 5.

Расплав с введенным модификатором разливали в кокиль и после полного остывания проводили металлографические исследования.

По результатам лабораторного металлографического анализа показано, что введение модификатора в расплав на основе алюминия - силумина АК-7 - уменьшает средний размер зерен на (30÷50)% от 250 мкм (чистый алюминий в литом состоянии) до (125÷175) мкм (модифицированный материал).

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить прочность и износостойкость легких сплавов на основе алюминия за счет снижения размеров зерен и повышения равномерности их распределения в объеме матрицы путем введения модификатора и проведения реакции образования карбида титана непосредственно в расплаве (in situ).

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №1797218, МПК B22F 9/04, С22С 1/05. Способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов / Ф.Г. Ловшенко, Г.Ф. Ловшенко; опубл. 10.09.1996.

2. Патент РФ №2323991, МПК С22С 1/10, С22С 1/00, D22F 3/02, B22F 3/26, В82В 3/00. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения / А.В. Панфилов, Д.Н. Бранчуков, А.А. Панфилов [и др.]; опубл. 10.05.2008.

3. Патент РФ №2177047, МПК B22F 9/04, С22С 1/05. Способ получения сплава на основе алюминия / В.А. Моисеев, В.В. Стацура, Ю.И. Гордеев, В.В. Летуновский; опубл. 20.12.2001.

4. Su-Hyeon-Kim, Young-Hee Cho, Jung-Moo Lee. Particle distribution and hot workability of in situ synthesized Al-TiCp composite // Metallurgical and Materials Transactions A. 2011. - pp. 1-12.

5. Ramesh C.S., Abrar Ahamed, B.H. Channabasappa, R. Keshavamurthy. Development of Al6063-TiB2 in situ composites // Materials and Design. 2010, №31. - pp. 2230-2236.

6. Росляк A.T., Бирюков Ю.А., Пачин B.H. Пневматические методы и аппараты порошковой технологии. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. - 272 с.

Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов, включающий введение в расплав алюминиевых сплавов модификатора, отличающийся тем, что в расплав, нагретый до температуры 750÷800°C, предварительно вводят 6 мас.% порошка криолита Na3AlF6, через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят 5÷6 мас.% модификатора при одновременной активации расплава механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц в течение промежутка времени не менее 20 мин, причем в качестве модификатора используют перемешанную до однородного состояния смесь нанопорошков титана и углерода и порошка криолита при содержании компонентов, мас.%:

нанопрошок титана 20
нанопорошок углерода 5
порошок криолита 75



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к получению сплава на основе титана из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана. Способ включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы, восстановление металлов из руд при непрерывном перемешивании сырьевой массы с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого монокристалла, состоящего из интерметаллида, выбранного из ТiАl3, TiFeAl2, TiAl2Fe, TiFe3, и его выгрузку.

Изобретение относится к получению литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава для изготовления деталей сложной формы. Расплавляют основу, вводят в нее композицию, включающую армирующие частицы Аl2О3, на поверхности которых механической активацией предварительно сформирован слой Аl, и разливают в форму.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к карбонатным смесям, используемым при рафинировании и модифицировании алюминиевых сплавов. Карбонатная смесь содержит, мас.%: 50-95 карбоната кальция и 5-50 карбоната стронция, при этом смесь состоит из частиц фракции 40-60 мкм.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке цирконийсодержащих оксидных материалов для получения алюминий-циркониевого сплава.

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций содержит, мас.

Изобретение относится к способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках.

Изобретение относится к производству изделий из алюминиевых сплавов, в частности к изготовлению алюминиевой фольги, которая может быть использована в качестве бытовой фольги, для изготовления упаковочной тары и т.д.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45.

Изобретение относится к области порошковой металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в подшипниках скольжения. Cпособ получения антифрикционного износостойкого сплава на основе алюминия включает получение смеси чистых порошков алюминия и олова, содержащей 35-45% вес.

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Сплав содержит, мас.%: марганец 0,3-1,2, кремний 0,35-1,5, магний 0,4-1,4, медь 0,3-4,8, железо - 0,05-0,7, бериллий 0,0001-0,1, хром, титан, цирконий, ванадий - 0,1-1,0 каждого, алюминий - остальное, при отношении Si:Mg>0,6, причем при содержании хрома, титана, циркония, ванадия в диапазоне 0,1-0,25% каждого сплав получен путем обработки слитка, а при содержании указанных компонентов в количестве 0,25-1,0% каждого сплав получен по порошковой технологии.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству графитсодержащих композиционных материалов электротехнического назначения на основе меди, и может быть использовано для изготовления электрических разрывных контактов низковольтной аппаратуры.

Изобретение относится к изготовлению породоразрушающего инструмента. Формируют в графитовой форме композиционную матрицу инструмента, содержащую включения в виде алмаза или твердого сплава, прессуют, затем проводят нагрев спрессованного инструмента до температуры пропитки с горячим прессованием и охлаждают инструмент на воздухе до 350°C.
Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению пористых металлических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может использоваться в медицинской имплантологии.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению высокотемпературных композиционных материалов на основе ниобия с оксидным упрочнением.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству деформируемых автоматных сплавов на основе алюминия, содержащих магний и свинец. Способ включает загрузку в печь и расплавление всех предусмотренных компонентов шихты, кроме магния и свинца, которые вводят в расплав в виде лигатуры, содержащей 70-40% магния и 30-60% свинца, после чего расплав перемешивают, рафинируют, отстаивают и кристаллизуют.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на магниевой основе и способам их получения. Способ получения сплава на магниевой основе включает обеспечение расплава магния или магниевого сплава, добавление 0,01-30 мас.% оксида щелочноземельного металла на поверхность расплава, поверхностное перемешивание в течение от 1 секунды до 60 минут на 0,1 мас.% добавленного оксида щелочноземельного металла с обеспечением его диссоциации и частичного расходования, обеспечение возможности взаимодействия щелочноземельного металла, полученного в результате расходования оксида щелочноземельного металла, с магнием и/или легирующим элементом в магниевом сплаве с получением интерметаллического соединения, удаление оксида щелочноземельного металла, остающегося после реакции, вместе со шлаком, разливку и кристаллизацию.
Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к производству платины или платинородиевых сплавов, упрочненных дисперсными оксидными частицами, и может быть использовано при изготовлении стеклоплавильных аппаратов (СПА) и фильерных питателей (ФП), эксплуатируемых в агрессивных средах в условиях высоких температур.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано при выплавке сплавов для литья лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения композиционного материала на основе никеля включает перемешивание порошков для приготовления матрицы материала и дисперсного порошка оксида металла, механическое легирование полученной смеси, компактирование и прокатку полученного сплава.

Изобретение относится к нанотехнологии. Углеродное нановолокно с внешним диаметром 50-300 нм содержит внешнюю оболочку из аморфного углерода и сердцевину из более чем 1, но не более чем 20 отдельных одностенных или двустенных углеродных нанотрубок.
Наверх