Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия:

С. П. Яценко, главный научный сотрудник, профессор, докт. хим. наук, эл. почта: yatsenko@ihim.uran.ru
В. М. Скачков, старший научный сотрудник, канд. хим. наук, эл. почта: skachkov@ihim.uran.ru
Л. А. Пасечник, ведущий научный сотрудник, канд. хим. наук, эл. почта: pasechnik@ihim.uran.ru

Рассмотрен метод синтеза лигатур и сплавов на основе алюминия, использующий высокотемпературную обменную реакцию между фторидно-хлоридным расплавом щелочных или щелочно-земельных элементов и фторида, оксида или оксифторида соответствующего металла (скандия, иттрия, циркония) с расплавленным металлическим алюминием. Использование высоких температур приводит к большому уносу фторидно-хлоридных солей щелочных металлов, эксперименты по увеличению процентного содержания легирующего компонента в конечном сплаве привели к резкому снижению прямого металлургического выхода. Установлено соотношение масс солевого расплава к алюминиевому, которое определялось растворимостью выбранных соединений, и при соотношении соль:металл менее, чем 1:1 процесс восстановления вводимого металла затормаживается. Изучение кинетики высокотемпературных обменных реакций металлов из солевого расплава при разных температурах свидетельствует, что после начала плавления легкоплавких составляющих солевого флюса (~580 ^oC) уже начинается взаимодействие с еще твердым алюминием, но эта твердофазная реакция быстро затухает из-за покрытия частиц алюминия продуктами реакции, а последующее плавление алюминия сопровождается быстрым разрушением оксидной пленки и ускорением обменной реакции, которая также быстро затухает из-за диффузионных затруднений. Образующиеся соединения на жидком алюминии преграждают путь к исходным веществам. Это ограничивает количество вводимого в алюминий металла, используя высокотемпературные обменные реакции. Методами центрифугирования получены богатые Sc-, Y-, Zr-алюминиевые лигатуры. Фильтрованием расплава алюминий – скандий через графитизированные ткани получена лигатура Al – Sc с содержанием скандия 25 % (мас.). Показана технологичность метода центрифугирования для получения алюмоскандиевых, алюмоиттриевых и алюмициркониевых богатых лигатур.

Работа выполнена в соответствии с государственным заданием и планами НИР ИХТТ УрО РАН.

1. Яценко С. П., Пасечник Л. А., Скачков В. М. Скандий: получение и применение // Новости материаловедения. Наука и техника. 2015. № 3. С. 32–37.
2. Jun-Qi He, You Wang, Mu-Fu Yan, Yong Yang, Liang Wang. First-principles study of NiAl microalloyed with Sc, Y, La and Nd // Computational Materials Science Volume. 2010. Vol. 50, Iss. 2. P. 545–549.
3. Платонов Ю. М., Иванов Л. И., Заболотный В. Т., Лазоренко В. М. и др. Изменение структуры, фазового состава и свойств сплавов на основе алюминия при электронном и нейтронном облучении // Цветные металлы. 2011. № 10. С. 82–88.
4. Ажажа В. М., Борц Б. В., Ванжа А. Ф. и др. Возможности применения редкоземельных элементов при создании конструкционных элементов для атомной промышленности // Вопросы атомной науки и техники. Серия 17. 2008. № 1. С. 195–201.
5. Скачков В. М., Варченя П. А., Овсянников Б. В., Яценко С. П. Инжекция технологических порошков, содержащих скандий, в алюминиевые сплавы // Цветные металлы. 2013. № 12. С. 81–86.
6. ГОСТ 5632–2014. Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. — Введ. 01.01.2015.
7. ГОСТ Р 52802–2007. Сплавы никелевые жаропрочные гранулируемые. Марки. — Введ. 30.06.2008.
8. Суздальцев А. В., Зайков Ю. П., Николаев А. Ю. Обзор современных способов получения лигатур Al – Sc // Цветные металлы. 2018. № 1. С. 69–73. DOI: 10.17580/tsm.2018.01.09.
9. Ри Э. Х., Ри Х., Деев В. Б., Гончаров А. В. Технология получения лигатурного сплава с алюминидами редкоземельных металлов // Цветные металлы. 2018. № 4. С. 61–66. DOI: 10.17580/tsm.2018.04.08.
10. Козловский Г. А., Махов С. В., Москвитин В. И., Попов Д. А. Оценка технологий производства лигатур алюминия с Ti, Zr и B из различного исходного сырья // Цветные металлы. 2017. № 3. С. 53–56. DOI: 10.17580/tsm. 2017.03.08.
11. Pershin P. S., Kataev A. A., Filatov A. A., Suzdaltsev A. V. et al. Synthesis of Al – Zr alloys via ZrO aluminium-thermal reduction in KF – AlFe₃-bazet melts // Metallurgical and Materials Tran sactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science. 2017. Vol. 48. No. 4. Р. 1962–1969.
12. Косов Я. И., Бажин В. Ю. Синтез лигатуры алюминий – эрбий из хлоридно-фторидных расплавов // Расплавы. 2018. № 1. С. 14–28.
13. Skachkov V. M., Pasechnik L. A., Yatsenko S. P. Introduction of scandium, zirconium and hafnium into aluminum alloys. Dispersion hardening of intermetal-lic compounds with nano dimen sional particles // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2014. Vol. 5, No. 4. P. 603–612.
14. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. — М. : Металлургия, 1979. — 640 с.
15. Ри Х., Ри Э. Х., Гончаров А. В., Ермаков М. А., Никитин В. И. и др. Анализ структурных составляющих лигатур, применяемых для алюминиевых сплавов // Наследственность в литейно-металлургических процессах : Сб. трудов VIII Все российской научно-технической конференции с международным участием. — Самара, 2018. С. 530–536.
16. Махов С. В., Москвитин В. И. Современная технология получения алюминиево-скандиевой лигатуры // Цветные металлы. 2010. № 5. С. 95–97.
17. Яценко С. П., Скачков В. М., Пасечник Л. А. Анализ включений в алюминиевых сплавах // Технология металлов. 2013. № 10. С. 17–23.

18. Зеликман А. Н., Вольдман Г. М., Белявская Л. В. Теория гидрометаллургических процессов. — М. : Металлургия, 1975. — 504 с.
19. Drits M. E., Kadaner E. S., Shoa N. D. Structure and Properties of Aluminum-Rich Al – Y Alloys // Izv. Akad. Nauk SSSR. Metally. 1969. No. 6. P. 150–153.
20. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М. : Химия, 1973. — 752 с.
21. Liu X., Liu Y., Yan D., Han Q., Wang X. Aluminum alloys with tailored TiB2 particles for composite applications // TMS 2017, Annual Meeting and Exhibition. 2017. — San Diego. P. 181–186.
22. Wang E., Liu S., Nie J., Wang T., Liu X. A new kind of Al – 5Ti – 0.3C master alloy and its rening performance on 6063 alloy // TMS 2015, Annual Meeting and Exhibition. — Orlando. 2015. P. 961–964.
23. Пат. 2680330 РФ. Способ получения лигатуры на основе алюминия / Скачков В. М., Пасечник Л. А., Яценко С. П.; опубл. 19.02.2019.
24. U.S. Geological Survey, 2020, Mineral commodity summaries 2020: U.S. Geological Survey, 200 p. DOI: 10.3133/mcs2020.
25. Яценко С. П., Скачков В. М., Пасечник Л. А., Овсянников Б. В. Цикл производства алюминийскандиевой лигатуры и сплавов // Цветные металлы. 2020. № 3. С. 68–73. DOI: 10.17580/tsm.2020.03.10