способ получения алюминиевой лигатуры al-mg-mn-y для получения алюминиевых сплавов

Формула изобретения

Способ получения алюминиевой лигатуры Al-Mg-Mn-Y для получения алюминиевых сплавов, включающий приготовление шихты из галогенидов щелочных металлов, оксида марганца и 2-3 мас.% оксида иттрия, восстановление оксида марганца и оксида иттрия сплавом алюминия с 17-20 мас.% магния при нагреве до 950-1000°С и выдержке в течение 1-2 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам получения сплавов алюминия с редкими металлами.

Известен способ прямого сплавления алюминия и редких металлов в атмосфере аргона [Альтман М.Б. Металлургия литейных алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1972. 153 с.]. Недостатком этого способа является

применение относительно дорогих исходных материалов в металлической форме, большой угар редких металлов при плавлении.

Известен способ получения лигатур алюминий-марганец [Напалков В.Н., Махов С. В. Легирование и модифицирование алюминия и магния. - М.: МИСиС. 2002. С.200-201], включающий сплавление в тигельных печах исходных элементов при 1000°С и рафинирование при 850°С хлоридом марганца, при этом угар марганца составляет 5%.

Лигатуру алюминий-марганец также получают в алюминиевых электролизерах при введении в него оксида марганца или металлического марганца [Там же, с.202].

В качестве прототипа предлагается способ получения сложных лигатур редких металлов системы Al-Mn-Sc [Наумкин В.П., Терехова В.Ф., Савицкий Е.М. // Изв. АН СССР. Металлы. 1965. № 4, с.176-182]. Лигатуру получают методом дуговой плавки в атмосфере аргона при температуре 1800°С с использованием чистого алюминия, порошков металлического скандия и электролитического марганца.

Недостаток этого способа заключается в необходимости предварительного получения порошков исходных легирующих компонентов шихты, что не позволяет снизить их стоимость и расход и достигнуть гомогенного распределения мелкозернистых интерметаллидов.

Техническим результатом изобретения является получение сложной лигатуры, которая позволяет синтезировать алюминиевые сплавы с тонкой микроструктурой и максимальным эффектом упрочнения, при этом экономятся легирующие элементы и усиливается их положительное действие.

Технический результат достигается тем, что в способе получения алюминиевой лигатуры Al-Mg-Mn-Y для получения алюминиевых сплавов, заключающемся в приготовлении шихты из галогенидов щелочных металлов и оксида марганца и восстановлении ее сплавом алюминия с 17-20% магния, согласно изобретению предварительно к шихте добавляют 2-3 мас.% оксида иттрия, нагревают до 950-1000°С и производят выдержку в течение 1-2 час.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В большинстве алюминиевых сплавов магний является основным составляющим компонентом. Совместное легирование алюминиевого сплава марганцем и иттрием упрочняет алюминиевую матрицу вследствие следующего: при легировании сплавов марганцем наблюдается высокая скорость огрубления интерметаллидов Аl₆Mn при нагреве. При введении иттрия образуются вторичные частицы фазы Al₃Y, которые коагулируют со значительно меньшей скоростью, чем частицы Al₆Mn, в конечном итоге они сохраняют высокую дисперсность и соответственно способность тормозить рекристаллизацию и упрочнять алюминиевую матрицу. При восстановлении оксидов марганца и иттрия сплавом Al с 17-20% Mg последний играет роль восстановителя, а алюминий - роль коллектора. При этом процесс восстановления соединений оксидов марганца и иттрия протекает активно и одновременно.

Следует отметить, что в галогенидном расплаве образуются прекурсоры - галогенидные соединения марганца и иттрия в виде расплавленных солей. При последующем восстановлении такого расплава синтезируются интерметаллиды Al₆Mn и Al₃ Y заданного состава, что обеспечит положительное влияние их на структуру и свойства получаемых в последствии сплавов и полуфабрикатов. Таким образом, для получения алюминиевых сплавов оптимальным представляется применение лигатуры Al-Mg-Mn-Y. При этом может быть использован относительно дешевый черновой концентрат иттрия с пониженным содержанием оксида иттрия.

Выбор параметров обусловлен следующим.

Содержание иттрия в расплаве ниже 2,0 мас.% не позволит получать лигатуру заданного состава, и ее технологические (модифицирующие) свойства будут нарушены. В случае содержания иттрия в расплаве более 3 мас.% это приведет к перерасходу дорогостоящего компонента (иттрия) и лигатура экономически становится невыгодной.

Нагрев шихты ниже, чем 950°С не позволяет синтезировать гомогенную лигатуру, процесс восстановления затормаживается и образуются крупные интерметаллиды; при температуре синтеза более 1000°С возможны потери легирующих компонентов.

При выдержке расплава менее 1 часа процесс взаимодействия исходных реагентов протекает не полностью и потери легирующего металла увеличиваются. В случае продолжительности выдержки более 2 часов возможен повышенный угар легирующих компонентов.

Пример. Лабораторная установка состоит из шахтной печи, герметичного реактора и стакана. В качестве восстановителя применяют сплав алюминия с 17-20 мас.% магния, исходная шихта состоит из галогенидов натрия, калия, алюминия и оксидов марганца и иттрия. Температура процесса 900-1050°С. По окончании процесса производили выдержку. Полученные продукты охлаждали и анализировали на содержание элементов. Результаты приведены в таблице.

Полученные данные свидетельствуют о техническом эффекте предлагаемого способа: совместное восстановление оксидов марганца и иттрия позволяет снизить расход дорогостоящих порошковых компонентов на 15%,увеличить степень извлечения легирующих элементов в лигатуру и в конечном итоге улучшить модифицирующее совместное действие легирующих элементов.