Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПВСЕВДОЛИГАТУРЫ ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к литейному и металлургическому производству, в частности к получению модификатора для алюминиевых сплавов.

Одной их современных ресурсо- и энергосберегающих литейных технологий является получение модификаторов в виде прессованных брикетов, так называемых псевдолигатур, которые широко используются для легирования и модифицирования литейных сплавов.

Применение компонентов в виде дисперсных систем обусловлено большой межфазной поверхностью контакта, сложным рельефом поверхности, а также наличием дефектов кристаллической решетки порошков, что оказывает положительное влияние на диффузионную подвижность компонентов. Применяемое давление прессования позволяет обеспечить наибольшую площадь контакта между порошками, сформировать прочную связь между материалом основы и тугоплавким компонентом. Процессы изготовления подобных лигатур могут существенно отличаться.

Наиболее простой способ приготовления модификатора алюминий-титан включает следующие этапы: смешивание мелкодисперсных порошков алюминия и титана, которые берут в соотношении, масс.%: порошок алюминия 70-90, порошок титана 10-30; прессование полученной смеси при давлении 100-350 кг/см² [1].

Недостатками полученной лигатуры AlTi являются ограниченность использования возврата, а также формирование частиц алюминида титана в форме «иголок», что негативно сказывается на модифицирующем эффекте лигатуры, поскольку наиболее благоприятной является «блочная» форма модифицирующих частиц [2].

Также известен способ изготовления лигатур на основе алюминия, где поставленная задача решается за счет того, что при изготовлении лигатур с алюминиевой матрицей, содержащих 40-80% тугоплавких частиц, частицы помещают в форму для пропитки и заливают жидким алюминием. При этом частицы и алюминий нагревают до разных температур. Алюминий нагревают до температуры, превышающей температуру его плавления не больше чем на 5-10°C, а частицы нагревают до температуры, связанной определенным соотношением с удельной поверхностью частиц и поверхностным натяжением жидкого алюминия [3].

Основным недостатком данного технического решения является невозможность получения лигатур с расчетным содержанием тугоплавких частиц за счет окисления и всплытия в шлак части непропитанных частиц, а также использование дополнительного энергоемкого оборудования для нагрева тугоплавких частиц.

Интересен способ модифицирования литейных алюминиевых сплавов эвтектического типа, включающий рафинирование сплава АЛ2 гексахлорэтаном C₂Cl₆ с последующим модифицированием модификатором (45NaCl+40 NaF+15% Na₃AlF₆) и введение в него ультрадисперсного порошка карбида бора В₄С количестве 0,05-0,08% от массы сплава в объеме прутка, отпрессованного из алюминиевых гранул, обсыпанных карбидом бора В₄С [4].

Недостатками данного способа являются: высокая длительность процесса приготовления сплава в связи с необходимостью выполнения трех последовательных операций, необходимость расходования достаточно большого количества прутка, так как в его объеме содержится всего 1,5-2,7 мас.% ультрадисперсного порошка.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов, который включает получение модификатора в виде прутка путем смешивания порошка алюминия с размером частиц 0,5-0,7 мм и ультрадисперсного порошка нитрида титана TiN со средним размером частиц порядка 40 нм в планетарной мельнице в течение 5 минут при 400 об/мин и прессования полученной композиции в пруток [5].

Однако в данном способе авторы рекомендуют использовать полученный модификатор только для доэвтектических силуминов, чем существенно ограничивают область применения изобретения, кроме того, нитрид титана изготавливается методом плазмохимического синтеза, предусматривающего использование дорогостоящего оборудования.

Технический результат заключается в разработке способа получения псевдолигатуры с наименьшими затратами с высоким содержанием ультрадисперсного порошка и повышении модифицирующей способности и времени действия (живучести) модификатора.

Технический результат достигается за счет последовательного выполнения технологических операций: смешивание порошков носителя и ультрадисперсного модифицирующего порошка в планетарной мельнице и прессование полученной композиции, при этом в качестве ультрадисперсного модифицирующего порошка используется порошок карбида титана с солями (TiC+10% KCl+10% NaCl) в количестве 10 масс.%, полученный по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с размером частиц порядка 100 нм, а в качестве носителей ультрадисперсного порошка используется смесь порошков алюминия и меди, взятых в равных количествах, в соотношении (Al+Cu): ультрадисперсный порошок=9:1.

Карбид титана имеет кристаллическую решетку ГЦК, совпадающую с решеткой α-Al и отличающуюся от нее размером всего на 6,93% (TiC:а=4,3596 Å; Al:а=4,0413 Å). Вследствие этого соблюдается известный принцип структурного и размерного соответствия П.Д. Данкова, согласно которому при охлаждении расплава частицы TiC, обладающие наиболее высокой температурой плавления 3433 К, могут служить центрами кристаллизации (инокуляторами) для алюминиевых сплавов. Кроме того, частицы TiC могут формировать барьеры на пути растущих кристаллов алюминиевых сплавов, тормозя их рост в охлаждающемся расплаве. В результате действия обоих механизмов измельчения структурных составляющих сплавов частицы карбида титана обладают сильным модифицирующим действием, повышая прочностные и пластические свойства алюминиевых сплавов.

Пример выполнения способа

1. Приготовление композиции, включающей:

- порошок карбида титана, включающий 20% солей (10% KCl, 10% NaCl), полученный по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза - 10%;

- порошок алюминия марки АКП с размером частиц 2-5 мм - 45%;

- порошок меди марки ПМС-К с размером частиц менее 180 мкм - 45%.

2. Смешивание композиции в планетарной мельнице в течение 2 мин при 1500 об/мин.

3. Прессование композиции в пруток диаметром 10 мм при усилии прессования 4,84 т (40 атм).

В результате были получены прутки, содержащие 8-12% ультрадисперсной модифицирующей композиции. Эффективность модификатора оценивали при модифицировании промышленного алюминиевого сплава АК6М2 по ГОСТ 1583-2003 (таблица 1).

На рисунке - Влияние модифицирования на микроструктуру сплава АК6М2: а, б - без модифицирования; в, г - модифицирование псевдолигатурой AlTiC10 (0,02%TiC).

Источники информации

1. Патент РФ №2087574, приоритет от 20.10.1995 г. Способ приготовления алюминиево-титановой лигатуры для алюминиевых сплавов.

2. Патент №2138572, приоритет от 20,10.1997 г. Способ приготовления лигатуры алюминий-титан-бор.

3. Патент №2190682, приоритет от 17.05.2001 г. Способ изготовления лигатур на основе алюминия.

4. А.с. СССР 831840, приоритет от 17.10.1979 г. Способ модифицирования литейных алюминиевых сплавов эвтектического типа.

5. Патент №2475334, приоритет от 02.06.2011 г. Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов.