АЛЮМИНИЕВО-СКАНДИЕВАЯ ЛИГАТУРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ И МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2003 года по МПК C22C1/00 C22C21/00 

Описание патента на изобретение RU2211872C1

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению алюминиево-скандиевых лигатур, которые могут быть использованы в качестве легирующих и модифицирующих добавок в производстве сплавов на основе алюминия и магния.

Известна алюминиево-скандиевая лигатура, полученная в процессе алюмотермического восстановления трифторида скандия в вакууме при температурах 865-930oС в течение 7-8 мин и при соотношении компонентов в смеси ScF3:Аl=1: 10 (Г.Н.Звиададзе и др. Изучение кинетики взаимодействия в системе ScF3:Аl. Всесоюзный симпозиум по химии неорганических фторидов". Тезисы докладов.- М. : Наука, 1978).

Недостатком этой лигатуры является высокое содержанием фтора и сравнительно невысокое содержание скандия. Наличие фтора в лигатуре приводит к низкой степени усвояемости скандия в процессе легирования и модифицирования металлов и сплавов. Кроме того, фтор является нежелательным элементом для ряда сплавов, работающих в агрессивных средах, поскольку он снижает их коррозионную стойкость.

Прототипом предложенного изобретения является алюминиево-скандиевая лигатура, полученная в процессе алюмотермического восстановления трифторида скандия в вакууме в три ступени при температурах от 865 до 1300oС при соотношении компонентов в шихте ScF3:Аl от 1:1,6 до 1:8 (SU 873692 А, опублик. 30.11.83).

В этой лигатуры также содержится фтор (от 0,05 до 8,5 мас.%), наличие которого обуславливает уже отмеченные выше недостатки, т.е. низкую степень усвояемости скандия в процессе легирования и модифицирования металлов и сплавов, а также отрицательное действие этого элемента для ряда композиций сплавов, работающих в агрессивных средах, поскольку он снижает их коррозионную стойкость. Кроме того, высокое содержание скандия в лигатуре (в примерах от 5,8 до 34%) обуславливает неоднородность структуры лигатуры.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении качества и улучшении эксплуатационных характеристик алюминиево-скандиевой лигатуры.

Указанный технический результат достигается тем, что алюминиево-скандиевая лигатура для производства алюминиевых и магниевых сплавов, полученная в результате алюминотермического восстановления, содержит алюминий, скандий и фтор в качестве примесей.

Отличие лигатуры заключается в том, что она дополнительно содержит в качестве примесей железо, кремний, медь, марганец, натрий и редкоземельные элементы, при этом суммарное количество примесей в лигатуре составляет не более 0,25 мас.%, и лигатура имеет следующий состав, мас.%:
Sc - от 0,3 до не более 5
Fe - не более 0,05
Si - не более 0,05
Сu - не более 0,01
Mn - не более 0,01
Nа - не более 0,1
F - не более 0,01
Сумма редкоземельных элементов - не более 0,01
Аl - Остальное
Повышение качества и улучшение эксплуатационных характеристик алюминиево-скандиевой лигатуры достигается за счет значительного уменьшения содержания в ней загрязняющих примесей, в том числе фтора, и увеличения однородности структуры путем снижения содержания в ней скандия.

Производство сплавов и изделий из них с высокими эксплуатационными характеристиками в значительной степени определяется видом используемых при производстве лигатур. Особое значение это имеет применительно к металлургии алюминиевых и магниевых сплавов, что обусловлено высокими требованиями к качеству деформируемых полуфабрикатов в связи с ростом требования по надежности и долговечности конструкций, способных работать в условиях повышенных и пониженных температур, резких тепловых ударов и так далее. Качество и поведение изделий из алюминиевых и магниевых сплавов определяется однородностью структуры металла.

Задача измельчения зерен в слитке решается модифицированием сплава.

Эффективным модификатором является скандий. Благодаря разработке технологий попутного извлечения скандия, а также извлечения его из отходов и промпродуктов цветной металлургии стало возможным использование скандия в качестве модификатора при получении алюминиевых и магниевых сплавов и, в частности, в производстве алюминиево-скандиевой лигатуры. Благоприятный комплекс физико-химических свойств делает скандий перспективным легирующим компонентом сплавов цветных металлов. Добавки скандия вводят в алюминий и магний и их сплавы в виде лигатуры.

Скандий взаимодействует с алюминием и магнием по диаграмме эвтектического типа с переменной растворимостью.

Максимальная равновесная растворимость скандия в твердом алюминии около 35%. Скандий склонен к образованию сверхпересыщенных твердых растворов в неравновесном состоянии даже при небольших скоростях кристаллизации.

Образующийся при взаимодействии скандия с алюминием интерметаллид Al3Sc обладает специфическим свойством: его кристаллическая решетка имеет почти полное размерно-структурное соответствие структурной решетке алюминия. Это сходство решеток лежит в основе его сильнейшего влияния на структуру и свойства алюминиевых и магниевых сплавов.

Благодаря этим свойствам добавка скандия позволяет получать слитки или сварные швы с недендритной структурой, все виды полуфабрикатов с равномерной некристаллизованной структурой и, как следствие этого, повышенным комплексом технологических свойств.

Получение алюминиево-скандиевой лигатуры показано на следующих примерах.

Пример 1.

В миксере на 70 кг расплавленного алюминия при 845oС наплавляется 4 кг покровного флюса, состоящего из хлорида калия 43 мас.% и хлорида натрия 57 мас.%. После расплавления покровного флюса в расплав загружают 4 кг скандийсодержащего флюса состава, мас.%:
Хлорид калия - 80
Фторид натрия - 8
Фторид скандия - 12
После расплавления флюса температура снижается до 790oС. Расплав выдерживают в течение 20 мин при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки.

При выполнении приведенного примера получают лигатуру Al-Sc следующего состава:
Sc - 0,3
Fe - 0,005
Si - 0,003
Сu - 0,001
Mn - 0,003
Nа - 0,1
F - 0,01
Cумма редкоземельных элементов - 0,001
Аl - Остальное
Пример 2.

В миксере на 1 т расплавленного алюминия при температуре 842oС наплавляется 0,02 т покровного флюса, состоящего из хлорида калия 45 мас.% и хлорида натрия 55 мас.%. После расплавления покровного флюса в расплав загружают 220 кг скандийсодержащего флюса состава, мас.%:
Фторскандиат щелочного или щелочноземельного металла - 35
Хлорид калия - Остальное
После расплавления флюса температура снижается до 785oС. Расплав выдерживают в течение 25 мин при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки.

При выполнении приведенного примера получают лигатуру Al-Sс следующего состава:
Sc - 2
Fe - 0,02
Si - 0,03
Сu - 0,005
Mn - 0,005
Nа - 0,1
F - 0,01
Сумма редкоземельных элементов - 0,005
Аl - Остальное
Пример 3.

В миксере на 100 кг расплавленного алюминия при температуре 850oС наплавляется 4 кг покровного флюса, состоящего из хлорида калия 44 мас.% и хлорида натрия 56 мас.%. После расплавления покровного флюса в расплав загружают 120 кг скандийсодержащего флюса состава, мас.%:
Фторскандиат щелочного или щелочноземельного металла - 30
Хлорид калия - Остальное
После расплавления флюса температура снижается до 790oС. Расплав выдерживают в течение 20 мин при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки.

При выполнении приведенного примера получают лигатуру Al-Sc следующего состава:
Sc - 5%
Fe - 0,05
Si - 0,05
Сu - 0,01
Mn - 0,01
Nа - 0,1
F - 0,01
Сумма редкоземельных элементов - 0,01
Аl - Остальноел

Похожие патенты RU2211872C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-СКАНДИЙ (ВАРИАНТЫ) 2001
  • Махов С.В.
  • Москвитин В.И.
RU2213795C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-СКАНДИЙ 2013
  • Шубин Алексей Борисович
  • Шуняев Константин Юрьевич
RU2507291C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-СКАНДИЙ, ФЛЮС ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2007
  • Яценко Сергей Павлович
  • Сабирзянов Артем Наилевич
  • Яценко Александр Сергеевич
RU2361941C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-СКАНДИЙ-ИТТРИЙ 2014
  • Сизяков Виктор Михайлович
  • Бажин Владимир Юрьевич
  • Косов Ярослав Игоревич
RU2587700C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ "АЛЮМИНИЙ-СКАНДИЙ" (ВАРИАНТЫ) 2017
  • Максимцев Константин Викторович
  • Мухамадеев Андрей Салаватович
  • Половов Илья Борисович
  • Попонин Николай Анатольевич
  • Ребрин Олег Иринархович
RU2704681C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЙ-СКАНДИЕВОЙ ЛИГАТУРЫ 2002
  • Кондратьев С.В.
  • Иванов В.С.
RU2218436C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-СКАНДИЕВОЙ ЛИГАТУРЫ ДЛЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2009
  • Горохов Дмитрий Степанович
  • Попонин Николай Анатольевич
  • Кукушкин Юрий Михайлович
  • Казанцев Владимир Петрович
  • Рычков Владимир Николаевич
RU2426807C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-ТИТАН (ВАРИАНТЫ) 2012
  • Махов Сергей Владимирович
  • Москвитин Владимир Иванович
  • Попов Денис Андреевич
  • Козловский Григорий Андреевич
RU2477759C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-ЦИРКОНИЙ (ВАРИАНТЫ) 2012
  • Махов Сергей Владимирович
  • Москвитин Владимир Иванович
  • Попов Денис Андреевич
RU2482209C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОСКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИГАТУРЫ И ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОСКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИГАТУРЫ 2009
  • Яценко Сергей Павлович
  • Яценко Александр Сергеевич
  • Овсянников Борис Владимирович
  • Варченя Павел Анатольевич
RU2421537C2

Реферат патента 2003 года АЛЮМИНИЕВО-СКАНДИЕВАЯ ЛИГАТУРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ И МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению алюминиево-скандиевых лигатур, которые могут быть использованы в качестве легирующих и модифицирующих добавок в производстве сплавов на основе алюминия и магния. Предложенная алюминиево-скандиевая лигатура для производства алюминиевых и магниевых сплавов, полученная в результате алюминотермического восстановления, имеет следующий состав, мас.%: скандий от 0,3 до не более 5, железо не более 0,05, кремний не более 0,05, медь не более 0,01, марганец не более 0,01, натрий не более 0,1, фтор не более 0,01, сумма редкоземельных элементов - не более 0,01, алюминий - остальное. Данная алюминиево-скандиевая лигатура позволяет повысить качество и улучшить эксплуатационные характеристики лигатуры.

Формула изобретения RU 2 211 872 C1

Алюминиево-скандиевая лигатура для производства алюминиевых и магниевых сплавов, полученная в результате алюминотермического восстановления, содержащая алюминий, скандий и фтор в качестве примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит в качестве примесей железо, кремний, медь, марганец, натрий и редкоземельные элементы, при этом суммарное количество примесей в лигатуре составляет не более 0,25 мас. %, и лигатура имеет следующий состав, мас. %:
Скандий - От 0,3 до не более 5
Железо - Не более 0,05
Кремний - Не более 0,05
Медь - Не более 0,01
Марганец - Не более 0,01
Натрий - Не более 0,1
Фтор - Не более 0,01
Сумма редкоземельных элементов - Не более 0,01
Алюминий - Остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2211872C1

Способ получения лигатур алюминий-скандий 1980
  • Скороваров Д.И.
  • Голобородов В.Н.
  • Ласкорин Б.Н.
  • Гриб М.В.
  • Верклов М.М.
  • Рябин Е.В.
  • Никонов В.И.
  • Кротков В.В.
  • Зайнетдинов К.И.
  • Химченко В.И.
  • Саванович О.А.
  • Важенин Б.А.
  • Чумаков Л.Н.
  • Макаров С.С.
SU873692A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЯ СО СКАНДИЕМ 1990
  • Александровский С.В.
  • Захаревич А.А.
  • Колесников В.А.
  • Путин А.А.
  • Кудрявский Ю.П.
  • Пинаев Е.Н.
  • Яковенко Б.И.
SU1812810A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИГАТУРЫ 1999
  • Александровский С.В.
  • Сизяков В.М.
RU2162112C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ СКАНДИЙ-АЛЮМИНИЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1997
  • Шубин А.Б.
  • Зобнин С.С.
  • Яценко С.П.
RU2124574C1
US 3619281, 09.11.1971
СОЛНЕЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ 2014
  • Иванова Ирина Владимировна
  • Харитонов Евгений Александрович
  • Анаников Сергей Ваганович
RU2555611C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ 1997
  • Гильмиярова Ф.Н.
  • Радомская В.М.
  • Виноградова Л.Н.
  • Бабичев А.В.
  • Кретова И.Г.
  • Ласько А.С.
RU2112020C1
EP 1205567 A2, 15.05.2002.

RU 2 211 872 C1

Авторы

Москвитин В.И.

Махов С.В.

Даты

2003-09-10Публикация

2002-07-11Подача