×
10.06.2014
216.012.cc2e

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-ТИТАН-ЦИРКОНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения лигатур на основе алюминия, и может быть использовано при получении лигатуры алюминий-титан-цирконий, применяемой для модифицирования алюминиевых сплавов. Способ получения лигатуры алюминий-титан-цирконий включает плавление бинарных лигатурных сплавов алюминий-титан и алюминий-цирконий при поддержании отношения по массе титана к цирконию от 0,15 до 1,5, нагрев расплава до температуры на 160-300°С выше температуры ликвидуса, перемешивание расплава, воздействие на расплав низкочастотными колебаниями для равномерного распределения алюминидов не менее 1 минуты и проведение кристаллизации расплава со скоростью 10-10 град/с. Техническим результатом изобретения является повышение модифицирующей способности лигатуры за счет образования комплексных метастабильных алюминидов с решеткой, совпадающей с решеткой матрицы модифицируемых алюминиевых сплавов, и их равномерного распределения в сплаве лигатуры. 1 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения лигатур на основе алюминия, и может быть использовано при получении лигатуры алюминий-титан-цирконий, применяемой для модифицирования сплавов.

Известен способ приготовления лигатуры алюминий-тугоплавкий металл, включающий обработку алюминиевого расплава галогенидом тугоплавкого металла при одновременном воздействии наносекундными электромагнитными импульсами с удельной мощностью 1000-1500 МВт/м3. (патент РФ 2232827, МПК С22С 21/00, 1/03, опубл. 20.07.2004).

Способ позволяет получать лигатуры алюминий-тугоплавкий металл за счет распада соответствующего галогенида с образованием алюминида тугоплавкого металла и газообразного экологически вредного галогенида алюминия. Кроме того, при получении таким способом лигатур Al-Ti, Al-Zr образующиеся в них алюминиды титана и циркония не позволяют обеспечить высокую модифицирующую способность этих лигатур, поскольку тетрагональный тип их решеток, на которых зарождается матрица алюминиевых сплавов, совмещается с ее гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой только отдельными плоскостями.

Известен способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов, принятый за прототип, включающий плавление алюминия, смешивание порошка алюминия и переходного металла (титан, цирконий, ванадий, хром и др.) в стехиометрическом соотношении, брикетирование полученной экзотермической смеси и введение ее в расплав алюминия при температуре 800-850°С для образования интерметаллидов, перемешивание и кристаллизацию расплава в литейной форме (а.с. СССР 1759930, МПК С22С 1/03, 1/04, опубл. 07.09.1992).

Недостатками способа являются:

- недостаточно высокая модифицирующая способность лигатур, обусловленная тем, что алюминиды, образующиеся при кристаллизации лигатур Al-Ti, Al-Zr, имеют тетрагональные решетки DO22 и DO23, которые имеют соответствие с ГЦК матрицы модифицируемых этими лигатурами алюминиевых сплавов лишь отдельными кристаллографическими плоскостями;

- недостаточно равномерное распределение в расплаве образующихся при протекании экзотермических реакций алюминидов переходных элементов;

- сложность осуществления, обусловленная приготовлением и брикетированием порошковых материалов алюминия и переходного металла.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение модифицирующей способности лигатуры за счет образования комплексных метастабильных алюминидов, имеющих ГЦК решетку структурного типа L12, совпадающую с ГЦК решеткой матрицы алюминиевых сплавов, и равномерного распределения в лигатурном сплаве комплексных алюминидов, не превышающих по размеру 10-15 мкм.

Указанный результат достигается в способе получения лигатуры алюминий-титан-цирконий, включающем плавление материала, содержащего алюминий и переходный металл, перемешивание расплава и кристаллизацию, согласно изобретению в качестве материала, содержащего алюминий и переходный металл, используют лигатурные сплавы алюминий-титан и алюминий-цирконий при поддержании в расплаве отношения по массе титана к цирконию 0,15-1,5, расплав нагревают до температуры на 160-300°С выше температуры ликвидуса, на расплав воздействуют низкочастотными колебаниями для измельчения и равномерного распределения алюминидов и проводят кристаллизацию расплава со скоростью 103-104 град/с. При этом воздействие низкочастотными колебаниями на расплав осуществляют не менее 1 минуты.

Лигатура, используемая для модифицирования алюминиевых сплавов, должна, не меняя существенно состава сплава, измельчать его зерно и структурные составляющие, улучшать прочностные и пластичные свойства. Модифицирующая способность алюминиевой лигатуры с двумя переходными элементами (титан и цирконий) определяется сходством структурных типов ГЦК решеток комплексного алюминида (зародышеобразующей фазы) и матрицы модифицируемых этими лигатурами алюминиевых сплавов, размерным соответствием этих решеток (чем оно ближе, тем выше эффект модифицирования), количеством добавляемой лигатуры, обеспечивающим выделение комплексных алюминидов, их дисперсностью и равномерным распределением в лигатуре.

Таким образом, чем ближе структурное и размерное соответствие решеток, тем выше эффект модифицирования. Это соответствие обеспечивается заявляемым соотношением в лигатуре титана и циркония, условиями нагрева и кристаллизации расплава, при которых образуются комплексные метастабильные алюминиды, имеющие ГЦК решетку структурного тип L12, совпадающую с ГЦК решеткой структурного типа А1 алюминиевой матрицы всеми плоскостями.

При использовании в качестве материала, содержащего алюминий и переходный металл, лигатурных сплавов алюминий-титан и алюминий-цирконий, при поддержании в расплаве отношения по массе титана к цирконию 0,15-1,5 и нагреве расплава на 160-300°С выше температуры ликвидуса образуются комплексные метастабильные алюминиды Al3(ZrxTi1-x), имеющие ГЦК решетку структурного типа L12.

При нагреве расплава до температуры, превышающей температуру ликвидуса меньше чем на 160°С, комплексные метастабильные алюминиды с ГЦК решеткой не образуются. С увеличением перегрева выше температуры ликвидуса на 160-300°С в расплаве образуются метастабильные алюминиды Al3(ZrxTi1-x) с ГЦК решеткой структурного типа L12. При дальнейших перегревах алюминиды начинают растворяться, образуя твердые растворы Aln(ZixTi1-x), кроме того, при высоких перегревах расплава над ликвидусом за счет испарения возрастают потери матричного металла, увеличивается содержание газов и оксидных пленок, что ухудшает качество лигатуры, и возрастают энергозатраты.

Воздействие на расплав низкочастотными колебаниями позволяет обеспечить дисперсность алюминидов и их равномерное распределение в лигатуре. Чем мельче алюминиды и равномернее их распределение, тем быстрее будет протекать процесс растворения лигатуры в модифицируемом расплаве. Дальнейшее проведение кристаллизации полученного расплава со скоростью 103-104 град/с позволит сохранить метастабильную форму выделения алюминидов Al3(ZrxTi1-x).

Способ получения лигатуры алюминий-титан-цирконий включает плавление бинарных лигатурных сплавов алюминий-титан и алюминий-цирконий при поддержании отношения по массе титана к цирконию от 0,15 до 1,5, нагрев расплава до температуры на 160-300°С выше температуры ликвидуса, перемешивание расплава, воздействие на расплав низкочастотными колебаниями для равномерного распределения алюминидов не менее 1 минуты и проведение кристаллизации расплава со скоростью 103-104 град/с.

Заявленный способ испытан в лабораторных условиях. Сплавы готовили в графитовых тиглях в печи угольного сопротивления в атмосфере аргона. Исходными материалами для приготовления лигатурных сплавов были промышленные лигатуры Al - 2% Zr (температура ликвидуса ~ 960°С) и Al - 3% Ti (температура ликвидуса ~ 970°С).

Пример 1. Получение лигатуры Al - 0,27% Ti - 1,82% Zr (температура ликвидуса ~ 950°С). Приготовили две навески: 10 г лигатуры Al - 3% Ti и 100 г лигатуры Al - 2% Zr (массовое отношение титана к цирконию 0,15). Разогрели печь до температуры 1200°С, поставили в нее графитовый тигель, включили промывку аргоном и загрузили обе навески в тигель. После расплавления навесок расплав перемешали и ввели в него графитовый поршень-излучатель, с помощью которого воздействовали на расплав низкочастотными колебаниями в течение 1 минуты в режиме интенсивного перемешивания при 1200°С, что выше температуры ликвидуса на ~ 250°С. Вывели из тигля поршень-излучатель, достали тигель и залили полученный расплав в подогретую плоскую графитовую форму, скорость кристаллизации в которых составляет 103 град/с. Металлографический и рентгеноспектральный микроанализы показали, что в лигатуре образуются алюминиды Al3(Zr0.85Ti0.15) с ГЦК решеткой L12, в которых титан замещает 16% циркония. По данным рентгенофазового анализа параметр решетки алюминидов равен 0,4065 (2) нм, что близко к параметру решетки чистого алюминия (0,4050 нм).

Пример 2. Получение лигатуры Al - 1,23% Ti - 1,18% Zr (температура ликвидуса ~ 890°С). Приготовили две навески: 70 г лигатуры Al - 3% Ti и 100 г лигатуры Al - 2% Zr (отношение массы титана к цирконию 1,04). Далее по условиям примера 1 нагрев расплава осуществляли до температуры 1050°С, что выше температуры ликвидуса ~ на 160°С, кристаллизацию расплава вели со скоростью ~ 104 град/с. В лигатуре образовались алюминиды Al3(Zr0.40Ti0.60) с ГЦК решеткой структурного типа L12, в которых цирконий замещает ~ 40% титана, а параметр решетки алюминидов составляет 0,4006 (2) нм.

Пример 3. Получение лигатуры Al - 1,5% Ti - 1,0% Zr (температура ликвидуса ~ 900°С). Приготовили две навески: 100 г лигатуры Al - 3% Ti и 100 г лигатуры Al - 2% Zr (отношение массы титана к цирконию 1,5). Далее по условиям примера 1 нагрев расплава осуществляли до температуры 1200°С, что выше температуры ликвидуса на ~ 300°С, кристаллизацию расплава вели со скоростью ~ 104 град/с. При отношениях титана к цирконию от 1,0 до 1,5 количество титана замещающего цирконий в алюминидах изменяется незначительно. В лигатуре Al - 1,5% Ti - 1,0% Zr образовались алюминиды состава Al3(Zr0.35Ti0.65) с ГЦК решеткой структурного типа L12 и параметром решетки 0,4001 (6) нм.

Металлографический анализ сплавов проводили с помощью инвертированного микроскопа GX-57 (OLYMPUS) при увеличениях от 50 до 1500, а также сканирующего электронного микроскопа Carl Zeiss EVO 40. Приставку для рентгеноспектрального микроанализа INCA X-Act фирмы «Oxford Instruments» использовали для определения химического состава матрицы и алюминидов. Рентгенофазовый анализ (РФА) выполняли на дифрактометре XRD-7000 фирмы Shimadzu с программным обеспечением.

Рентгенофазовый анализ лигатур Al-Ti-Zr в диапазоне углов 20, составляющем 18-85 град, с шагом 0,02 и временем выдержки на каждой точке 5 сек показал, что на дифрактограммах, наряду с основными пиками алюминиевой матрицы, имеются слабые пики, соответствующие рефлексам метастабильной фазы комплексных алюминидов с ГЦК решеткой структурного типа L12. С увеличением перегрева размеры алюминидов уменьшаются, а с применением обработки низкочастотными колебаниями не только уменьшаются размеры, но и становится однородным их распределение в объеме сплава.

При легировании сплава Al - 4% Cu применение заявленной лигатуры алюминий-титан-цирконий (состава Al - 0,27% Ti - 1,82% Zr) с ГЦК решеткой L12 комплексных алюминидов обеспечивает значительное повышение показателей твердости сплавов по сравнению с традиционно используемыми лигатурами алюминий-титан (с тетрагональной решеткой DO22 алюминидов титана) или алюминий-цирконий (с тетрагональной решеткой DO23 алюминидов циркония). Показатели твердости сплавов в процессе старения при 150°С приведены в таблице.

Тип обработки Твердость сплавов, МПа
Al - 4% Cu Al - 4% Cu - 0,6% Zr Al - 4% Cu - 0,6% Ti Al - 4% Cu - 0,6% (Zr+Ti)
Литой сплав до отжига 475 446 455 496
Отжиг 5 час при 530°С с закалкой в воде 530 595 624 724
Старение при 150°С через 2 час 519 568 671 977
через 5 час 624 624 724 1250
через 14 час 595 977 849 1069
через 19 час 639 872 897 1211

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 68 items.
20.06.2013
№216.012.4c9c

Способ получения титаноалюминиевого сплава из оксидного титансодержащего материала

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке оксидного титансодержащего материала на титано-алюминиевый сплав. Заявлен способ получения титано-алюминиевого сплава из оксидного титансодержащего материала, включающий подготовку шихты, содержащей оксидный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485194
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.11.2013
№216.012.7d52

Способ получения комплексного хлорида скандия и щелочного металла

Изобретение относится к неорганической химии и касается способа получения комплексного хлорида скандия и щелочного металла. Металлический скандий смешивают с дихлоридом свинца и солью щелочного металла. Полученную шихту помещают в тигель с инертной атмосферой и нагревают до температуры реакции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497755
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.12.2013
№216.012.8c6b

Способ получения слоистого композита системы сталь-алюминий

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению слоистых биметаллических композитов. Проводят подготовку стальной полосы, подачу в очаг деформации между валком и полосой сухого алюминиевого порошка, совместную прокатку полосы и упомянутого алюминиевого порошка с обжатием 30-50% с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501630
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8d58

Способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов, содержащих металлы платиновой группы

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке сульфидных медно-никелевых материалов, содержащих металлы платиновой группы, в частности при пирометаллургической переработке никель-пирротиновых концентратов, содержащих металлы платиновой группы....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501867
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.916d

Способ утилизации хлорорганических отходов

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке промышленных хлорсодержащих отходов на основе полихлорированных бифенилов, и может быть использовано для утилизации этих отходов в печи шахтного типа. Способ утилизации хлорорганических отходов включает их подачу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502922
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.02.2014
№216.012.a268

Способ получения лигатуры алюминий-скандий

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507291
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.06.2014
№216.012.cc2f

Способ переработки титановых шлаков

Изобретение относится к способу переработки титановых шлаков с получением концентрата диоксида титана, который может быть использован в качестве компонента обмазки сварочных электродов. Способ включает смешивание исходного титансодержащего шлака с кальцинированной содой, спекание шихты и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518042
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.e1a4

Композитный электродный материал для электрохимических устройств

Изобретение относится к области катализа, а именно каталитическим активным пористым композитным материалам, которые могут быть использованы в качестве несущих электродов электрохимических устройств для получения водорода и/или кислорода либо высоко- и среднетемпературных твердооксидных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523550
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.08.2014
№216.012.e8d1

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов относится к горной, металлургической и строительной промышленности и может быть использован при переработке техногенных отвалов, например, шлаков и шламов черной и цветной металлургии с получением железосодержащего концентрата и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525394
Дата охранного документа: 10.08.2014
20.09.2014
№216.012.f66d

Способ комплексной переработки красных шламов

Изобретение относится к способу комплексной переработки красного шлама - отходов глиноземного производства, содержащего гематит, шамозит, гетит, магнетит, алюмосиликаты, для получения железосодержащего концентрата и алюмосиликатного продукта и изготовления строительных материалов. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528918
Дата охранного документа: 20.09.2014
Showing 1-10 of 43 items.
20.06.2013
№216.012.4c9c

Способ получения титаноалюминиевого сплава из оксидного титансодержащего материала

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке оксидного титансодержащего материала на титано-алюминиевый сплав. Заявлен способ получения титано-алюминиевого сплава из оксидного титансодержащего материала, включающий подготовку шихты, содержащей оксидный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485194
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.11.2013
№216.012.7d52

Способ получения комплексного хлорида скандия и щелочного металла

Изобретение относится к неорганической химии и касается способа получения комплексного хлорида скандия и щелочного металла. Металлический скандий смешивают с дихлоридом свинца и солью щелочного металла. Полученную шихту помещают в тигель с инертной атмосферой и нагревают до температуры реакции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497755
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.12.2013
№216.012.8c6b

Способ получения слоистого композита системы сталь-алюминий

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению слоистых биметаллических композитов. Проводят подготовку стальной полосы, подачу в очаг деформации между валком и полосой сухого алюминиевого порошка, совместную прокатку полосы и упомянутого алюминиевого порошка с обжатием 30-50% с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501630
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8d58

Способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов, содержащих металлы платиновой группы

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке сульфидных медно-никелевых материалов, содержащих металлы платиновой группы, в частности при пирометаллургической переработке никель-пирротиновых концентратов, содержащих металлы платиновой группы....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501867
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.916d

Способ утилизации хлорорганических отходов

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке промышленных хлорсодержащих отходов на основе полихлорированных бифенилов, и может быть использовано для утилизации этих отходов в печи шахтного типа. Способ утилизации хлорорганических отходов включает их подачу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502922
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.02.2014
№216.012.a268

Способ получения лигатуры алюминий-скандий

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507291
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.06.2014
№216.012.cc2f

Способ переработки титановых шлаков

Изобретение относится к способу переработки титановых шлаков с получением концентрата диоксида титана, который может быть использован в качестве компонента обмазки сварочных электродов. Способ включает смешивание исходного титансодержащего шлака с кальцинированной содой, спекание шихты и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518042
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.e1a4

Композитный электродный материал для электрохимических устройств

Изобретение относится к области катализа, а именно каталитическим активным пористым композитным материалам, которые могут быть использованы в качестве несущих электродов электрохимических устройств для получения водорода и/или кислорода либо высоко- и среднетемпературных твердооксидных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523550
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.08.2014
№216.012.e8d1

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов относится к горной, металлургической и строительной промышленности и может быть использован при переработке техногенных отвалов, например, шлаков и шламов черной и цветной металлургии с получением железосодержащего концентрата и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525394
Дата охранного документа: 10.08.2014
20.09.2014
№216.012.f66d

Способ комплексной переработки красных шламов

Изобретение относится к способу комплексной переработки красного шлама - отходов глиноземного производства, содержащего гематит, шамозит, гетит, магнетит, алюмосиликаты, для получения железосодержащего концентрата и алюмосиликатного продукта и изготовления строительных материалов. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528918
Дата охранного документа: 20.09.2014
+ добавить свой РИД