Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

С. А. Савченков, аспирант, эл. почта: savchenkov.ltc@bk.ru

Статья посвящена изучению процесса синтеза лигатуры магний – гадолиний. На основе анализа диаграмм состояния и требований, предъявляемых к флюсам для плавки магниевых сплавов, выбран состав солевой смеси. Дифференциально-термическим анализом (ДТА) определены интервалы температур тепловых эффектов при плавлении компонентов солевой смеси KCl – NaCl – СaCl₂ – MgCl₂ – СaF₂ – GdF₃ и при восстановлении соединений гадолиния магнием. Установлено, что при расплавлении технологической солевой смеси образуется комплексное соединение гадолиния Na₅Gd₉F₃₂, которое при получении лигатуры Mg – Gd является прекурсором для восстановления гадолиния. В результате проведения серии экспериментальных плавок выявлены основные закономерности синтеза лигатуры магний – гадолиний из подобранной технологической солевой смеси, определены основные факторы металлотермического процесса, влияющие на степень восстановления гадолиния. Необходимое содержание легирующего элемента в лигатуре достигается предварительной корректировкой содержания исходного соединения фторида гадолиния в технологической солевой смеси. На основе проведенных экспериментальных плавок определено влияние технологических параметров на выход гадолиния в лигатуру. Максимальный выход гадолиния — 98,4 % достигается при использовании технологической солевой смеси состава KCl – NaCl – СaCl₂ – MgCl₂ – СaF₂ – GdF₃, интенсивном перемешивании расплава при времени выдержки 25–30 мин и температуре не менее 720 ^oC. Исследованы микроструктура, химический и фазовый состав полученных образцов лигатуры. Установлено, что структура образцов лигатуры магний – гадолиний представляет собой дендриты твердого α-раствора (Mg), по границам которых располагаются соединения Mg_xGd_y.

Автор выражает благодарность старшему научному сотруднику лаборатории исследований наноструктур Института химии силикатов им. И. В. Гребенщикова Российской академии наук канд. техн. наук В. Л. Уголкову за помощь в проведении исследований.

1. Лукьянова Е. А., Рохлин Л. Л., Добаткина Т. В., Королькова И. Г. Исследование растворимости самария в твердом растворе на основе магния, содержащем иттрий и гадолиний // Металлы. 2012. № 4. С. 85–89.
2. Рохлин Л. Л., Добаткина Т. В., Никитина Н. И., Тарытина И. Е., Лукьянова Е. А. Поведение при отжиге высокопрочного магниевого сплава ИМВ7-1 системы Mg – Y – Gd – Zr // Перспективные материалы. 2011. № 6. С. 53–58.
3. Рохлин Л. Л., Лукьянова Е. А., Добаткина Т. В., Аладьев Н. А., Королькова И. Г. Фазовые равновесия в сплавах системы Mg – Y – Gd – Sm // Металлы. 2012. № 5. С. 71–77.
4. Фролов А. В., Мухина И. Ю., Леонов А. А., Уридия З. П. Влияние легирования редкоземельными металлами на свойства и структуру литейного магниевого сплава экспериментального состава системы Mg – Zr – Zn – Y – Nd // Труды ВИАМ. 2016. № 3. DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-3-3-3
5. Фролов А. В., Мухина И. Ю., Дуюнова В. А., Уридия З. П. Влияние легирующих элементов и структурных факторов на жаропрочность магниевых сплавов // Труды ВИАМ. 2015. № 9. DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-9-7-7
6. Junxiu Chen, Lili Tan, Xiaoming Yu, Ke Yang. Effect of minor content of Gd on the mechanical and degra dable properties of as-cast Mg – 2Zn – xGd – 0,5Zr alloys // Journal of Materials Science & Technology. 2019. Vol. 35, Iss. 4. P. 503–511.
7. Jing Liu, Lixin Yang, Chunyan Zhang, Bo Zhang, Tao Zhang, Yang Li, Kaiming Wu, Fuhui Wang. Role of the LPSO structure in the improvement of corrosion resistance of Mg – Gd – Zn – Zr alloys // Alloys and Compounds. 2019. Vol. 782. P. 648–658.
8. Yuling Xu, Felix Gensch, Zhen Ren, Karl Ulrich Kainer, Norbert Hort. Effects of Gd solutes on hardness and yield strength of Mg alloys // Progress in Natural Science: Materials International. 2018. Vol. 28, Iss. 6. P. 724–730.
9. Shengnan Qian, Chuang Dong, Tianyu Liu, Ying Qin, Qing Wang, Yujuan Wu, Lidong Gu, Jianxin Zou, Xiangwen Heng, Liming Peng, Xiaoqin Zeng. Solute-homogenization model and its experimental verification in Mg – Gd-based alloys // Journal of Materials Science & Technology. 2018. Vol. 34, Iss. 7. P. 1132–1141.
10. Nagarajan D. Anelasticity in cast Mg – Gd alloys // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 695. P. 14–19.
11. Zhao L. Y., Yan H., Chen R. S., En-Hou Han. Study on the evolution pattern of grain orientation and misorientation during the static recrystallization of cold-rolled Mg – Zn – Gd alloy // Materials Characterization. 2019. Vol. 150. P. 252–266.
12. Zhang Jinghuai, Liu Shujuan, Wu Ruizhi, Hou Legan, Zhang Milin. Recent developments in high-strength Mg RE-based alloys: Focusing on Mg – Gd and Mg – Y systems // Journal of Magnesium and Alloys. 2018. Vol. 6, Iss. 3. P. 277–291.
13. Shuang Liu, Jing Zhang, Guoqiang Xi, Xin Wan, Dahao Zhang, Minghong Zhong, Chengbo Yang, Fusheng Pan. Effects of intermediate annealing on twin evolution in twinstructured Mg – Nd alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 763. P. 11–17.
14. Marcello Cabibbo, Chiara Paoletti, Peter Minárik, Robert Král, Mária Zemková. Secondary phase precipitation and thermally stable microstructure refinement induced by ECAP on Mg – Y – Nd (WN43) alloy // Materials Letters. 2019. Vol. 237. P. 5–8.
15. Xuan Liu, Zhiqiang Zhang, Qichi Le, Lei Bao. Effects of Nd/Gd value on the microstructures and mechanical properties of Mg – Gd – Y – Nd – Zr alloys // Journal of Magnesium and Alloys. 2016. Vol. 4, Iss. 3. P. 214–219.
16. Кавалла Р., Бажин В. Ю. Изотропность свойств листовых заготовок из магниевых сплавов // Записки Горного института. 2016. Т. 222. С. 828–832.
17. Wei Guobing, Peng Xiaodong, Li Junchen, Xie Weidong, Wei Qunyi. Structure Heredity Effect of Mg – 10Y Master Alloy in AZ31 Magnesium Alloy // Rare Metal Materials and Engineering. 2013. Vol. 42, Iss. 10. P. 2009–2013.
18. Белкин Г. И. Производство магний-циркониевых лигатур и сплавов. — М. : Металлургиздат, 2001. — 146 с.
19. Peng Xiaodonga, Li Junchena, Xie Sunyuna, Wei Guobina. Effects of Different State Mg – 5Sr – 10Y Master Alloys on the Microstructure Refinement of AZ31 Magnesium Alloy // Rare Metal Materials and Engineering. 2013. Vol. 42, Iss. 12. P. 2421–2426.
20. Chengqi Wang, Ming Sun, Feiyan Zheng, Liming Peng, Wenjiang Ding. Improvement in grain refinement efficiency of Mg – Zr master alloy for magnesium alloy by friction stir processing // Journal of Magnesium and Alloys. 2014. Vol. 2. P. 239–244.
21. Кosov Ya. I., Bazhin V. Yu. Synthesis of an aluminum – erbium master alloy from chloride-fluoride melts // Russian Metallurgy (Metally). 2018. No. 2. P. 139–148.
22. Скачков В. М., Яценко С. П. Получение Sc-, Zr-, Hf-, Y-лигатур на основе алюминия методом высокотемпературных обменных реакций в расплавах солей // Цветные металлы. 2014. №. 3. С. 22–26.
23. Савченков С. А., Бажин В. Ю. Синтез магниевых лигатур во фторидно-хлоридных расплавах // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22, № 5. С. 214–224.
24. Попова Э. А., Котенков П. В. Влияние состава лигатуры Al – Zr – Y на эффект модифицирования сплава Al – 4 % Cu // Расплавы. № 2. 2016. С. 185–192.
25. Endalkachey Mosisa, Bazhin V. Yu., Savchenkov S. A. Review on nano particle reinforced aluminum metal matrix compo sites // Research Journal of Applied Sciences. 2016. Vol. 1, No. 5. P. 188–196.
26. Кosov Ya. I., Bazhin V. Yu. Preparation of novel Al – Er master alloys in chloride-fluoride melt // Materials Science Forum. 2018. Vol. 918. P. 21–27.
27. Стратегия развития металлургической промышленности Российской Федерации до 2020 года. Утверждена приказом Минпромторга России от 18 марта 2009 г. № 150. — М., 2009. — 133 с.
28. ТУ 48-4-271–91. Лигатура магний – неодим. Технические условия. — Введ. 01.01.92.