Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия

Е. С. Прусов, доцент кафедры технологии функциональных и конструкционных материалов, доцент, докт. техн. наук, эл. почта: eprusov@mail.ru
И. В. Шабалдин, лаборант-исследователь кафедры технологии функциональных и конструкционных материалов, эл. почта: shabaldinivan@mail.ru

А. В. Аборкин, доцент кафедры технологии машиностроения, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: aborkin@vlsu.ru

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия¹ ; Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай² ; НИТУ МИСИС, Москва, Россия³

В. Б. Деев*, профессор факультета машиностроения и автоматизации², главный научный сотрудник¹, профессор кафедры обработки металлов давлением³, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: deev.vb@mail.ru

*Корреспондирующий автор.

Способность литых алюмоматричных композитов к рециклингу путем прямого переплава определяется как возможностью их переработки при максимальном сохранении армирующих частиц, так и при необходимости возможностью полной очистки матричного алюминиевого сплава от экзогенной фазы для последующего его использования как традиционного вторичного сплава для неответственного фасонного литья. В работе приведены результаты исследований влияния рафинирующей обработки флюсами и инертным газом расплавов алюмоматричных композиционных материалов с экзогенными карбидными фазами (SiC, B₄C) на качество литых заготовок по совокупности характеристик. Показано, что для полного отделения армирующих частиц SiC от матричных алюминиево-кремниевых сплавов может быть рекомендована обработка расплавов флюсом (состава 18–20 % NaCl, 48–50 % KCl, 25–27 % Na₃AlF₆, 5–7 % Na₂CO₃) при 750 ^оC и дозировке 0,3 % от массы расплава. При этом достигается металлургический выход не ниже 85 % вторичного сплава высокого качества. Флюсовая обработка композиционных расплавов, содержащих частицы B₄C, может быть рекомендована для отделения экзогенной фазы только в комбинированном варианте с дополнительными технологическими приемами для повышения эффективности разделения. Операция продувки аргоном при температуре расплава 750–780 ^оC и давлении аргона 0,04–0,05 МПа продолжительностью 5 мин может быть предусмотрена при комплексной обработке расплавов вторичных металломатричных композитов для повышения степени очистки от армирующих частиц в дополнение к флюсовому рафинированию, что будет способствовать увеличению металлургического выхода рециклируемого матричного сплава.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-10432, https://rscf.ru/project/21-79-10432/.

1. Deng L., Johnson S., Gencer E. Environmental-technoeconomic analysis of decarbonization strategies for the Indian aluminum industry // Energy Conversion and Management. 2022. Vol. 274. 116455.
2. Reck B. K., Graedel T. E. Challenges in metal recycling // Science. 2012. Vol. 337. P. 690–695.
3. Gaustad G., Olivetti E., Kirchain R. Improving aluminum recycling: A survey of sorting and impurity removal technologies // Resources, Conservation and Recycling. 2012. Vol. 58. P. 79–87.
4. Padamata S. K., Yasinskiy A., Polyakov P. A review of secondary aluminum production and its byproducts // JOM. 2021. Vol. 73, Iss. 9. P. 2603–2614.
5. Mahinroosta M., Allahverdi A. Hazardous aluminum dross characterization and recycling strategies: A critical review // Journal of Environmental Management. 2018. Vol. 223. P. 452–468.
6. Capuzzi S., Timelli G. Preparation and melting of scrap in aluminum recycling: A review // Metals. 2018. Vol. 8, Iss. 4. 249.
7. Mahfoud M., Emadi D. Aluminum recycling – Challenges and opportunities // Advanced Materials Research. 2010. Vol. 83-86. P. 571–578.
8. Taha M. A. Industrialization of cast aluminum matrix composites (AMCCs) // Materials and Manufacturing Processes. 2001. Vol. 16, Iss. 5. P. 619–641.
9. Mortensen A., Llorca J. Metal matrix composites // Annual review of Materials Research. 2010. Vol. 40. P. 243–270.
10. Chervyakova K. Yu., Samoshina M. E., Belov N. A. Selection of an aluminum matrix composition for obtaining the heat treatable boron-aluminum alloys // Non-ferrous Metals. 2016. No. 2. P. 34–40.
11. Прусов Е. С., Деев В. Б., Аборкин А. В. Взаимодействие алюминиево-кремниевых расплавов с карбидом бора при многократных переплавах композиционных материалов // Цветные металлы. 2024. № 1. С. 50–56.
12. Carotenuto G., Gallo A., Nicolais L. Degradation of SiC particles in aluminium-based composites // Journal of Materials Science. 1994. Vol. 29, Iss. 19. P. 4967–4974.
13. Lee J.-C., Byun J.-Y., Park S.-B., Lee H.-I. Prediction of Si contents to suppress the interfacial reaction in the SiCp/2014 Al composite // Acta Materialia. 1998. Vol. 46. P. 2635–2643.
14. Klasik A., Maj M., Pietrzak K., Wojciechowski A., Sobczak J. Fatigue life and microstructure after multiple remelting of A359 Matrix Composites Reinforced with SiC particles // Archives of Metallurgy and Materials. 2016. Vol. 61, Iss. 4. P. 2123–2128. 

15. Raabe D., Tasan C. C., Olivetti E. A. Strategies for improving the sustainability of structural metals // Nature. 2019. Vol. 575. P. 64–74.
16. Prusov E. S., Deev V. B., Aborkin A. V., Panfilov A. A. et al. Formation of the structure and phase composition of cast aluminum matrix composites during multiple remelting // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2022. Vol. 63, No. 6. P. 624–630.
17. Prusov E. S., Kechin V. A., Deev V. B., Shurkin P. K. Thermodynamics of the effect of alloying of phase formation during crystallization of aluminum matrix composites with exogenous reinforcement // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2022. Vol. 63, No. 6. P. 631–640.
18. Nishida Y., Izawa N., Kuramasu Y. Recycling of aluminum matrix composites // Metallurgical and Materials Transactions A. 1999. Vol. 30A. P. 839–844.
19. Sano H., Kato S., Motomura T., Fujisawa T. Closed recycling process for Al-based composite materials // Materials Transactions. 2005. Vol. 46, Iss. 12. P. 3067–3072.
20. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
21. Прусов Е. С., Деев В. Б., Аборкин А. В., Бокарёв Д. В., Лесив Е. М. Физико-химия рециклинга литых алюмоматричных композитов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2022. Т. 19, № 2. С. 258–266.