×
09.06.2019
219.017.7dc4

Результат интеллектуальной деятельности: АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, предназначенным для производства электротехнической катанки, применения в качестве проводов электрического тока, работающих при повышенных температурах. Алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, мас.%: по меньшей мере один редкоземельный металл 0,5-5,0, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы: гафний, рутений, сурьма, бериллий, стронций, углерод 0,001-0,4, никель и железо в сумме 0,2-0,7, при соотношении никеля к железу 1,0-4,0, кремний, бор, титан, цинк, марганец, медь, в сумме 0,001-0,4, при соотношении бора к титану 0,01-3,0, алюминий - остальное. Получается жаропрочный алюминиевый сплав, имеющий повышенную электропроводность и обладающий одновременно стабильными прочностными и пластическими свойствами при температурах от 20°С до 200°С, а также расширяются технологические возможности обработки этого сплава. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, предназначенным для производства электротехнической катанки, применения в качестве проводов электрического тока, работающих при повышенных температурах, а также в качестве изделий в машиностроении, самолетостроении, ракетостроении, судостроении, автомобилестроении, медицинской технике, строительстве и в бытовом оборудовании.

В настоящее время известны алюминиевые сплавы, применяемые для изготовления катанки и электропроводников, в которых используется преимущественно технический алюминий и низколегированные сплавы системы алюминий-магний-кремний-медь (А5Е, А7Е, АВ и др.). Они обладают высокой электропроводностью, малым удельным весом и низкими температурами обработки. Однако механические свойства известных проводниковых алюминиевых сплавов сравнительно низки (временное сопротивление разрыву 65-100 МПа), а температурный уровень эксплуатации обычно не превышает 100°С, что является недостаточным для использования этих материалов в изделиях, длительно работающих в условиях высоких температур.

С другой стороны, известны алюминиевые сплавы, содержащие редкоземельные металлы, с высоким уровнем механических свойств, применяемые в деталях конструкций, несущих низкие и средние нагрузки. Однако они обладают недостаточной электропроводностью, а уровень механических свойств данных алюминиевых сплавов недостаточен для того, чтобы использовать эти материалы для изготовления изделий, работающих в условиях значительных механических нагрузок и высоких температур.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%: по крайней мере один редкоземельный металл 5-20, оксид алюминия 0,1-1,0, оксид редкоземельного металла 0,01-0,5, алюминий - остальное (RU 2044096 С1, 20.09.1995). Данный сплав используют в основном в изделиях, к которым требования высокой прочности и высокой электропроводности не предъявляются, а также изделиях, несущих умеренные механические нагрузки при небольшой длительной прочности при температурах, не превышающих 200-300°С.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является сплав на основе алюминия (RU 2344187 С2, 10.07.2008), содержащий, мас.%: по меньшей мере один редкоземельный металл, и дополнительно он содержит кислород, азот и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:

по меньшей мере один редкоземельный металл 5,0-10,0
кислород 0,002-1,5
азот 0,002-1,2
водород 0,0002-0,5
алюминий остальное

В частном случае выполнения алюминиевый сплав дополнительно содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: кремний, медь, магний, хром, цирконий, бор, марганец, цинк, никель, иттрий, скандий, титан, ванадий, молибден, ниобий, тантал, железо в количестве 0,005-2,2 мас.%.

Данный сплав обладает стабильными механическими свойствами при температурах до 350°С, однако высокое содержание редкоземельных металлов приводит к снижению электропроводности по сравнению с электротехническим алюминием и существенному удорожанию сплава. Кроме того, эти сплавы обладают пониженной пластичностью, что существенно усложняет технологию получения из них деформированных полуфабрикатов, используемых в качестве основы для электропроводов, и приводит к снижению выхода годной продукции. В связи с этим для получения из таких сплавов, например, проволоки приходится применять трудо- и энергоемкие гранульные технологии обработки, включающие до 17 металлургических переделов.

Технической задачей данного изобретения является создание жаропрочного алюминиевого сплава, имеющего повышенную электропроводность и обладающего одновременно стабильными прочностными и пластическими свойствами при температурах от 20°С до 200°С, а также расширение технологических возможностей его обработки.

Эта задача была решена созданием алюминиевого сплава, содержащего, по меньшей мере, один редкоземельный металл и никель, железо, кремний, бор, титан, цинк, марганец, медь, согласно изобретению он дополнительно содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: гафний, рутений, сурьма, бериллий, стронций, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: по меньшей мере один редкоземельный металл 0,5-5 и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы: гафний, рутений, сурьма, бериллий, стронций, углерод 0,001-0,4, никель и железо в сумме 0,2-0,7, при соотношении никеля к железу 1,0-4,0, кремний, бор, титан, цинк, марганец, медь в сумме 0,001-0,4, при соотношении бора к титану 0,01-3,0, алюминий - остальное.

Все редкоземельные металлы повышают прочностные свойства алюминиевых сплавов и уровень электропроводности. Чем больше содержание этих металлов в сплаве, тем выше прочность, поэтому их содержание в количестве менее 0,5% по массе не приводит к улучшению механических свойств. Введение их в сплав в количестве, больше 5% по массе, приводит к снижению электропроводности и, что не менее важно, при повышении прочности пластические характеристики резко снижаются. Особенно это сказывается при производстве длинномерных деформированных полуфабрикатов (катанки, прутков, проволоки), при этом быстрое упрочнение металла приводит к обрывам изделий и многочисленным остановкам технологического процесса, а также необходимости дополнительных операций отжига для восстановления пластичности после холодной деформации. В связи с этим существенно увеличивается трудоемкость производства таких изделий, снижается выход годного металла, что в целом приводит к увеличению себестоимости продукции.

Для восполнения недостающего количества редкоземельных металлов по массе, с целью повышения жаропрочности и пластичности и в то же время незначительного снижения электропроводности, предлагается дополнительно ввести никель, железо в сумме, составляющей 0,2-0,7 мас.%. Введение этих элементов в сумме, меньше 0,2% по массе, не приводит к достижению указанной цели, а больше 0,7% нецелесообразно, так как снижается пластичность сплава.

Для повышения пластических свойств алюминиевых сплавов применяют модифицирование, что позволяет получить мелкозернистую структуру сплава и повысить его пластические характеристики. С этой целью в сплав дополнительно вводится, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: гафний, рутений, сурьма, бериллий, стронций, сурьма, углерод в количестве 0,001-0,4, причем верхний предел диапазона ограничен их растворимостью в алюминии и снижением электропроводности сплава.

Для улучшения эксплуатационных характеристик алюминиевого сплава рекомендуется дополнительно вводить в его состав кремний, бор, титан, цинк, марганец, медь в сумме, составляющей 0,001-0,4 мас.%. Перечисленные элементы в комбинации с редкоземельными металлами в указанной сумме способны увеличить электропроводность и прочностные свойства. Снижение их количества меньше нижней границы не дает повышения механических свойств и коррозионной стойкости, а повышение их содержания выше верхней границы приводит к падению пластичности сплава.

Для эксплуатационных и механических свойств алюминиевого сплава важно соотношение никеля к железу, которое составляет 1,0-4,0, и отношение бору к титану, которое составляет 0,01-3,0. Это объясняется тем, что никель в сплаве связывает железо в интерметаллиды, уменьшая количество железа, растворенного в алюминиевом твердом растворе, а избыток никеля по отношению к железу связывает в интерметаллиды редкоземельные металлы, увеличивая их число, и, как следствие, повышая прочность сплавов. При указанных соотношениях бор и титан образуют бориды титана, модифицирующие сплав, и также уменьшают степень растворения титана в сплаве, повышая электропроводность.

Пример реализации изобретения.

Подготовка сплава осуществляется в индукционной печи из первичного алюминия и редкоземельных металлов с добавками никеля, железа, титана, бора и др. элементов. В качестве модификатора вводят один или несколько элементов из группы: гафний, рутений, сурьма, бериллий, стронций, сурьма, углерод в заявленных количествах. Далее с помощью кристаллизатора получают литую заготовку, которую затем подвергают обработке давлением. На полученных деформированных полуфабрикатах замеряют механические свойства и электропроводность.

Для опробования предложенного сплава были приготовлены композиции на верхнем, среднем и нижнем пределах содержания основных компонентов (редкоземельных металлов), состав и свойства которых в сопоставлении с известными сплавами приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1
Сплав Содержание компонентов, мас.%
Аl РЗМ Аl2О3 оксид РЗМ кислород водород никель железо титан бор стронций
известный (аналог) основа 20 1,0 0,5 - - - - - - -
известный (прототип) основа 10 - - 0,04 0,01 - - - - -
заявляемый основа 5 - - - - 0,2 0,15 0,001 0,001 0,001
заявляемый основа 3 - - - - 0,2 0,15 0,001 0,001 0,001
заявляемый основа 0,5 - - - - 0,2 0,15 0,001 0,001 0,001

Как показывает анализ приведенных данных, предложенный сплав обладает, наряду с высокими механическими свойствами, более высокой электропроводностью. Этот комплекс свойств позволяет изготавливать из него изделия в виде электропроводников, работающих при повышенных температурах. Кроме того, высокий уровень пластических свойств расширяет технологические возможности производства из него деформированных полуфабрикатов в виде катанки, прутков и проволоки, имеющих сравнительно низкую себестоимость.

Алюминиевый сплав, содержащий, по меньшей мере, один редкоземельный металл, никель, железо, кремний, бор, титан, цинк, марганец, медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: гафний, рутений, сурьма, бериллий, стронций, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: по меньшей мере, один редкоземельный металл 0,5-5 и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: гафний, рутений, сурьма, бериллий, стронций, углерод 0,001-0,4, никель и железо в сумме 0,2-0,7, при соотношении никеля к железу 1,0-4,0, кремний, бор, титан, цинк, марганец, медь в сумме 0,001-0,4, при соотношении бора к титану 0,01-3,0, алюминий - остальное.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-110 of 230 items.
25.08.2017
№217.015.b5c9

Карбонизатор

Изобретение относится к оборудованию гидрохимических производств и может использоваться в производстве глинозема из нефелинов или низкосортных бокситов методом спекания. Карбонизатор состоит из цилиндрического корпуса (1) с коническим днищем (2) и крышкой (3), труб (5) для подачи газа в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614717
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.b671

Аппарат для охлаждения суспензий и растворов

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств, предназначено для охлаждения суспензий и растворов, например, в процессе разложения алюминатных растворов методом декомпозиции при производстве глинозема из любых видов глиноземсодержащего сырья. Аппарат включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614707
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.b6a5

Способ получения угольного пека-связующего для производства анодной массы углеродных электродов

Изобретение относится к области углехимии, к технологии извлечения углеводородов из каменного угля и может быть использовано при производстве электродов для электролизного алюминиевого производства. Способ получения угольного пека-связующего для производства анодной массы углеродных электродов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614445
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.bddb

Алюминиевый электролизер с искусственной настылью

Изобретение относится к конструкции электролизеров для получения алюминия. Электролизер содержит катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными катодными токоподводами, заключенными в металлический кожух, с размещенными между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616754
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.be48

Способ пуска алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом

Изобретение относится к способу пуска алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом после капитального ремонта. Способ включает обжиг подины, заливку расплавленного электролита, электрическое подключение электролизера, снижение напряжения на электролизере до рабочего в пусковой период,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616752
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.be4c

Машина для очистки внутренней поверхности газоходов

Изобретение относится к машине для очистки газоходов для отходящих газов от электролизеров для получения алюминия. Машина содержит раму с ходовыми колесами, очистной орган с рабочим инструментом, размещенный на барабане, привод поступательного перемещения очистного органа, привод вращения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616746
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.beb3

Способ определения криолитового отношения электролита с добавками фторидов кальция, магния и калия рентгенофлуоресцентным методом

Изобретение относится к способу определения криолитового отношения (КО) мольного отношения (NaF+KF)/AlF) с добавками фторидов кальция магния и калия. Способ включает построение градуировочных характеристик по Na, F, Са, Mg с использованием отраслевых стандартных образцов (ОСО) состава...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616747
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.beca

Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии электролитического производства алюминия и защите окружающей среды от воздействия вредных примесей, содержащихся в отходах, а именно к способу переработки фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616753
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.d02f

Способ замены анода при электролизе расплава в алюминиевом электролизере

Изобретение относится к способу замены анодов при электролизе расплава алюминия в алюминиевом электролизере с предварительно обожженными анодами с регенерацией тепла за счет предварительного подогрева анода. Способ включает подогрев новых анодов перед установкой его в электролизер, которые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621202
Дата охранного документа: 01.06.2017
25.08.2017
№217.015.d03b

Способ нанесения алюминиевых покрытий на металлические изделия

Изобретение относится к технологии нанесения защитных покрытий на металлические изделия, а именно к нанесению алюминиевых покрытий на металлические изделия, и может быть использовано для защиты покрываемых изделий от коррозионного разрушения. Способ включает химическую подготовку поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621201
Дата охранного документа: 01.06.2017
Showing 61-61 of 61 items.
27.05.2023
№223.018.7119

Универсальный штамп для гибки листового металла

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оснастке, применяемой в листовой штамповке. Штамп для гибки листового материала содержит нижнюю и верхнюю плиты. В верхней плите закреплен шарнирный пуансон в виде четырехугольной призмы, выполненной с возможностью настройки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002766613
Дата охранного документа: 15.03.2022
+ добавить свой РИД