РАСПЛАВЛЕННЫЕ СОЛИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТРОНЦИЙСОДЕРЖАЩИХ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2011 года по МПК C22B9/10 C22C1/06 

Область изобретения

Изобретение относится к расплавленной соли для очистки магниевых сплавов, особенно стронцийсодержащих магниевых сплавов, точнее относится к расплавленной соли для очистки магниевых сплавов с эффективным удалением примесей и сведением к минимуму потери стронция из расплава стронцийсодержащего магниевого расплавленного сплава.

Предпосылки изобретения

Стронцийсодержащие магниевые сплавы заслуживают внимания как материалы будущего поколения вследствие их легкости, высокой прочности и высоких характеристик ползучести даже при высоких температурах при образовании стронцийсодержащих интерметаллических соединений при их литье.

Основываясь на этих свойствах, применение Mg-Al-Sr сплавов в деталях автомобилей или самолетов, в частности продуктов высокотемпературных магниевых сплавов, в наши дни резко увеличивается. Такие детали производят плавлением слитка Mg-Al-Sr магниевого сплава в печи и затем главным образом проведением литья в постоянные формы. Таким образом, для того чтобы производить конечные продукты высокого качества, существенным является получение высококачественного слитка Mg-Al-Sr магниевого сплава.

Слиток магниевого сплава получают таким образом, что слиток магния с содержанием основного вещества по меньшей мере 99% плавят при приблизительно 700°С в печи, прибавляют легирующий металл высокой степени чистоты, включая Аl или Zn, таким образом регулируя конечный состав сплава, и затем дают возможность затвердеть в форме слитка магниевого сплава. Однако так как магний весьма чувствителен к кислороду, при плавлении его в печи и прибавлении легирующего металла неизбежно образуются различные примеси и включения, в том числе MgO, Mg₃N₂, MgAl₂O₄, интерметаллические соединения и т.д. Кроме того, поскольку такие включения имеют удельный вес, близкий к расплавленному магнию, отделение их посредством флотации или осаждения требует продолжительного периода времени. Следовательно, с целью увеличения производительности при получении магниевого сплава необходимо уменьшить продолжительность времени, требуемого для удаления включений. С этой целью включения подвергают флотации и отделяют их путем барботирования газа, например аргона, с прибавлением на поверхность расплавленного магния расплавленной на основе хлорида соли с тем, чтобы адсорбировать и удалить включения. Кроме того, некоторые расплавленные соли с более высоким удельным весом, чем у магния, ответственны за адсорбцию и удаление различных примесей, осажденных в расплавленном магнии.

Например, расплавленная соль, применяемая для получения магниевого сплава, представляет собой CaCl₂-MgCl₂. Хотя состав расплавленной соли несколько изменяется в зависимости от производителя, CaCl₂ и MgCl₂ используются в больших количествах.

Для получения слитка Mg-Al-Sr магниевого сплава к расплавленному магнию прибавляют стронций высокой степени чистоты с тем, чтобы он равномерно расплавился. Стронций с температурой плавления 777°С в расплавленном около 700°С магнии плавится в течение продолжительного периода времени. Поэтому после прибавления стронция в печи предусматривается наличие пропеллерной мешалки или шнека с тем, чтобы, применяя вращательное движение, уменьшить время плавления стронция.

Описание изобретения

Техническая проблема

Однако во время рабочего процесса после того, как стронций расплавился, различные примеси, которые осаждаются в расплавленном магнии или плавают на его поверхности, внедряются в расплав магниевого сплава и, к сожалению, требуется продолжительный период времени для их удаления. В случае если для удаления таких примесей применяется широко используемая в настоящее время расплавленная соль, стронций плавится и соединяется с расплавленной солью и, таким образом, концентрация стронция в магнии значительно снижается.

Таким образом, чтобы увеличить производительность при получении слитка стронцийсодержащего магниевого сплава, следует разработать новый состав расплавленной очищающей соли.

Данное изобретение было создано с учетом вышеприведенных проблем, имеющих место в родственной области, и оно предлагает расплавленную соль для очистки магниевых сплавов, которая может эффективно удалить примеси при минимальной потере стронция при получении стронцийсодержащих магниевых сплавов.

Техническое решение

В соответствии с данным изобретением расплавленной солью для очистки магниевых сплавов может быть двойная расплавленная соль LiCl-KCl, тройная расплавленная соль LiCl-KCl-NaCl или двойная или тройная расплавленная соль, содержащая 20% или менее MgCl₂ или CaCl₂ от общего веса состава.

Расплавленная соль в рабочем процессе может содержать 10% (вес.) или менее примесей, таких как хлориды, фториды, нитриды или оксиды Fe, Al, Rb, La, Ce, Nd, Ba, Br, Sr, Cs, Mn, Co, Ni, Zn и Cr или интерметаллические соединения.

Состав расплавленной соли для очистки магниевых сплавов в соответствии с данным изобретением получают на основе следующего принципа.

Полагают, что плавление стронция в расплаве магниевого сплава и соединение с ним происходит вследствие замены MgCl₂ (хлорида магния) в расплавленной соли с тем, чтобы он, таким образом, плавился в форме SrCl₂ (хлорида стронция) в расплавленной соли, как ниже представлено реакцией.

Реакция 1

MgCl₂ (расплавл. соль)+Sr (Mg сплав)→Mg (Mg сплав)+SrCl₂ (расплавл. соль)

Основанием протекания вышеприведенной реакции является то, что SrCl₂ более термодинамически стабилен, чем MgCl₂. Сравнивая их термодинамические стабильности, расплавленные соли могут быть более стабильными относительно LiCl в последовательности MgCl₂<CaCl₂<NaCl<SrCl₂<KCl<LiCl. Таким образом, если для очистки магниевых сплавов применяется расплавленная соль, она должна иметь минимальное содержание MgCl₂ или CaCl₂, тогда полагают, что потеря стронция будет минимальной.

Кроме того, чтобы эффективно удалить различные примеси из расплава расплавленного магниевого сплава с помощью расплавленной соли, расплавленная соль при температурах, которые применяются для очистки расплава, должна присутствовать в виде раствора. Сама по себе расплавленная соль должна иметь низкую вязкость (т.е. высокую подвижность) с тем, чтобы скорость реакции расплавленной соли была бы высокой в расплаве расплавленного магниевого сплава и примеси удалялись бы в течение короткого времени. Расплавленная соль с низкой вязкостью обычно имеет низкую температуру плавления.

Преимущества

Если расплавленная соль для очистки магниевых сплавов составлена так, как описано выше, то при получении стронцийсодержащего магниевого сплава можно эффективно удалить примеси и также можно свести к минимуму потерю стронция.

Способ осуществления изобретения

Составы солей, способных эффективно удалить примеси при сведении к минимуму потери стронция в расплавленном магнии на основе фактов, описанных в техническом решении, были оценены и апробированы. Среди различных экспериментальных данных результаты для некоторых составов, соответствующих цели данного изобретения, приведены ниже в таблице. Ниже, если не указано особо, % относится к вес.%.

В условиях проведения опыта магниевый сплав состоял из 96% Mg-3 % Al-1% Sr, весовое соотношение магниевого сплава к расплавленной соли составляло 10:1 и рабочая температура составляла 700°С. Кроме того, после реакции с расплавленной солью исследовали составы магниевого сплава и составы расплавленной соли и, таким образом, определяли степень потери стронция.

Как следует из таблицы, в сравнительных примерах 1 и 2, включая расплавленные соли MgCl₂ и CaCl₂ в качестве основных компонентов, наблюдалось, что основное количество стронция, первоначально используемое в магниевом сплаве 96% Mg - 3% Al - 1% Sr, терялось и, таким образом, оставалось в количестве 1 pmm (одна часть на миллион) или менее.

Однако в примере 1, применяя бинарную расплавленную соль из 45% LiCl - 55% KCl, магниевый сплав после реакции имел состав 96% Mg - 3% Al - 0,99% Sr - 0,01 K, из которого потеря стронция, по-видимому, составляла только приблизительно 0,01%. Как таковой соответствующий состав расплавленной соли составлял 35-55% LiCl - 45-65% KCl.

В примере 2, применяя тройную расплавленную соль 41% LiCl - 50% KСl - 9% NaCl, магниевый сплав после реакции имел состав 96,1% Mg - 3% Al - 0,79% Sr - 0,11 Na, из которого потеря стронция, по-видимому, составляла приблизительно 0,21%. Таким образом, в этой связи было показано, что приемлем состав расплавленной соли с содержанием LiCl и KCl в весовом соотношении 0,6~1,5:1, содержащий 15% или менее NaCl от общего веса расплавленной соли.

В примере 3, применяя 42,5% LiCl - 52,5% KCl, содержащую 5% CaCl₂, магниевый сплав после реакции имел состав Mg - 3 Al - 0,63 Sr - 0,17 Ca, из которого потеря стронция, по-видимому, составляла приблизительно 0,37%. Далее в примере 4, применяя расплавленную соль из 42,5% LiCl - 52,5% KCl, содержащую 5% MgCl₂, магниевый сплав после реакции имел состав Mg - 3 Al - 0,54 Sr, из которого потеря стронция, по-видимому, составляла приблизительно 0,46%. В этой связи можно заметить, что потеря стронция в расплаве расплавленного магниевого сплава эффективно поддерживалась на уровне не более 50%, если расплавленная соль была составлена так, что LiCl и KCl содержались в весовом соотношении 0,4~1,7:1 и включали 20% или менее CaCl₂ или MgCl₂ и 15% или менее NaCl от общего веса расплавленной соли.

Изобретение относится к расплавленной соли для очистки магниевых сплавов, особенно стронцийсодержащих магниевых сплавов, точнее относится к расплавленной соли для очистки магниевых сплавов с эффективным удалением примесей и сведением к минимуму потери стронция из расплава стронцийсодержащего расплавленного магниевого сплава. Этой расплавленной солью является двойная расплавленная соль LiCl-KCl, тройная расплавленная соль LiCl-KCl-NaCl или двойная или тройная расплавленная соль, содержащая 20% или менее MgCl₂ или CaCl₂ от общего веса расплавленной соли. В рабочем процессе расплавленная соль может содержать 10 вес.% или менее примесей. Обеспечивается увеличение производительности при получении слитка стронцийсодержащего магниевого сплава. 3 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Расплавленная соль для очистки расплава стронцийсодержащего магниевого сплава от примесей, содержащая 35-55 вес.% LiCl и 45-65 вес.% KСl.

2. Расплавленная соль для очистки расплава стронцийсодержащего магниевого сплава от примесей, содержащая LiCl и KСl и 15% или менее NaCl от общего веса расплавленной соли при весовом соотношении 0,6-1,5:1.

3. Расплавленная соль для очистки расплава стронцийсодержащего магниевого сплава от примесей, содержащая LiCl и KСl и 20% или менее СаСl₂ или MgCl₂ и 15% или менее NaCl от общего веса расплавленной соли при весовом соотношении 0,4-1,7:1.