RU2326469C1

RU2326469C1 - Method of alloy preparation on basis of magnesium for anodes of water activated chemical sources of current

Info

Publication number: RU2326469C1
Application number: RU2007108442/09A
Authority: RU
Inventors: Евгений Владимирович Выговский (RU); Евгений Владимирович Выговский; Валерий Филиппович Голованов (RU); Валерий Филиппович Голованов; Михаил Сергеевич Кузнецов (RU); Михаил Сергеевич Кузнецов; Игорь Серафимович Лисицкий (RU); Игорь Серафимович Лисицкий; Александр Николаевич Почтарев (RU); Александр Николаевич Почтарев
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2008-06-10

Abstract

FIELD: electricity, electric equipment.

SUBSTANCE: invention is related to the sphere of electric equipment and may be used in manufacturing of anodes from alloy on the basis of magnesium for water activated chemical sources of current. Alloy on the basis of magnesium, which contains gallium and thallium, is prepared by lamination of initial components by immersion of metal gallium and thallium in leak-tight, filled with inert atmosphere internal cavity, which is made in the bar of initial magnesium, melting mixture in container, alloy stirring with periodical change of incline angle in relation to horizontal installation of container or during rotation of container around horizontal axis with further crystallization in melting container with by shifting of temperature gradient bottom-up along the vertical axis of container with alloy at the speed of 5-10 mm/min. Melting and crystallization of alloy components is done in the container, which is made of non-alloy steel. The technical result of invention is increase of alloy quality at the account of uniform gallium and thallium distribution in the volume of received bar and output of good alloy.

EFFECT: preparation of high quality alloy on the basis of magnesium for water activated chemical sources of current.

2 cl

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к химическим источникам тока, и может быть использовано при изготовлении анодов из сплава на основе магния для водоактивируемых химических источников тока.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to chemical current sources, and can be used in the manufacture of anodes from an alloy based on magnesium for water-activated chemical current sources.

Технической задачей, решаемой заявленным изобретением, является разработка способа получения сплава, повышающего химическую активность анодов водоактивируемых источников тока.The technical problem solved by the claimed invention is the development of a method for producing an alloy that increases the chemical activity of the anodes of water-activated current sources.

К наиболее перспективным материалам для использования в качестве анодов водоактивируемых химических источников тока относятся сплавы на основе магния, легированные элементами III b подгруппы Периодической системы.The most promising materials for use as anodes of water-activated chemical current sources include magnesium-based alloys alloyed with elements III b of the subgroup of the Periodic System.

Известен способ изготовления сплава на основе магния путем расплавления магния, легирования его другими компонентами сплава, выстаивания и разливки в чушки (а.с. №693984, С22С 26/22, 2002 г.).A known method of manufacturing an alloy based on magnesium by melting magnesium, alloying it with other alloy components, standing and casting in ingots (and.with. No. 693984, C22C 26/22, 2002).

Известным способом получают сплавы систем Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Zr, Mg-РЗМ-Zr.In a known manner, alloys of the Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Zr, Mg-REM-Zr systems are obtained.

Недостатком способа является недостаточная однородность получаемого сплава и плохая деформируемость, что ведет к снижению химической активности водоактивируемых анодов и к снижению выхода годного.The disadvantage of this method is the lack of uniformity of the resulting alloy and poor deformability, which leads to a decrease in the chemical activity of water-activated anodes and to a decrease in yield.

Известен способ получения сплава на основе магния, включающий смешивание и расплавление исходных компонентов, выстаивание, перемешивание расплавленного сплава воздействием электромагнитного поля, разливку в слитки и кристаллизацию сплава с заданной скоростью по длине слитка. (Патент РФ №2260877, Н01М 4/46, опубл. 20.09.2005 г.). (Способ принят за прототип).A known method of producing an alloy based on magnesium, including mixing and melting of the starting components, standing, mixing the molten alloy by the action of an electromagnetic field, casting into ingots and crystallizing the alloy at a given speed along the length of the ingot. (RF patent No. 2260877, Н01М 4/46, publ. September 20, 2005). (The method adopted for the prototype).

Известным способом получали сплавы на основе магния, содержащие (в мас.%) ртуть от 0,1 до 1,2; галлий от 0,3 до 0,8.In a known manner received magnesium-based alloys containing (in wt.%) Mercury from 0.1 to 1.2; gallium from 0.3 to 0.8.

Однако известный способ нельзя использовать для получения сплавов на основе магния, содержащих галлий и таллий, так как в этом случае получается сплав с порами и раковинами в объеме и на поверхности слитка, что приводит к снижению выхода годного слитка и в дальнейшем к ухудшению качества анодов.However, the known method cannot be used to obtain magnesium-based alloys containing gallium and thallium, since in this case an alloy is obtained with pores and shells in the volume and on the surface of the ingot, which leads to a decrease in the yield of the ingot and, in the future, to deterioration of the quality of the anodes.

Кроме того, использование сложного, энергоемкого и дорогостоящего электротехнического оборудования для электромагнитного перемешивания компонентов сплава значительно усложняет и удорожает процесс получения сплава.In addition, the use of complex, energy-intensive and expensive electrical equipment for electromagnetic mixing of alloy components significantly complicates and increases the cost of the alloy production process.

Техническим результатом изобретения является повышение качества и выхода годного сплава.The technical result of the invention is to improve the quality and yield of the alloy.

Технический результат достигается тем, что в способе получения сплава на основе магния для анодов водоактивируемых химических источников тока, включающем шихтование исходных компонентов, расплавление, перемешивание и кристаллизацию расплава с заданной скоростью, согласно изобретению в качестве исходных компонентов используют металлические галлий, таллий, магний, шихтование исходных компонентов проводят путем помещения галия и таллия в герметичную, заполненную инертной атмосферой внутреннюю полость, выполненную в слитке исходного магния, перемешивание расплава осуществляют при периодическом изменении угла наклона относительно горизонтального расположения контейнера или вращении контейнера вокруг горизонтальной оси, а кристаллизацию проводят в контейнере плавления при его вертикальном расположении путем перемещения температурного градиента снизу вверх вдоль контейнера с расплавом со скоростью 5-10 мм/мин; плавление и кристаллизацию исходных компонентов ведут в контейнере, выполненном из нелегированной стали.The technical result is achieved by the fact that in the method of producing an alloy based on magnesium for the anodes of water-activated chemical current sources, including batching of the starting components, melting, mixing and crystallization of the melt at a given speed, according to the invention, metal gallium, thallium, magnesium, and batch are used as starting components of the initial components is carried out by placing galium and thallium in a sealed internal cavity filled with an inert atmosphere, made in the ingot of the original agnya, melt mixing is performed at a periodic variation of the angle of inclination relative to the horizontal rotating container or container arrangement around the horizontal axis and the melting crystallization is carried out in a container at its vertical position by moving the temperature gradient along the container from the bottom up with the melt at a rate of 5-10 mm / min; melting and crystallization of the starting components are carried out in a container made of unalloyed steel.

Сущность изобретения заключается в том, что шихтование исходных компонентов сплава на основе магния, содержащего галлий и таллий, проводят путем помещения заданного количества таллия и галлия во внутреннюю полость, выполненную в слитке исходного магния. Для этого вдоль продольной оси слитка магния выполняют полость,The essence of the invention lies in the fact that the batching of the starting components of a magnesium-based alloy containing gallium and thallium is carried out by placing a predetermined amount of thallium and gallium in the internal cavity made in the ingot of the starting magnesium. To do this, along the longitudinal axis of the ingot of magnesium perform a cavity,

помещают в нее шихту, полость вакууммируют, заполняют инертным газом и герметично закрывают магниевой пробкой для предотвращения окисления компонентов при плавлении. Такое осуществление процесса шихтования приводит к образованию магний-галлий-таллиевого сплава внутри объема магния, исключающего окисление и взаимодействие реакционно-активных таллия и галлия с материалом контейнера, а перемешивание расплава при периодическом изменении угла наклона относительно горизонтального расположения контейнера или вращении контейнера вокруг горизонтальной оси обеспечивает однородность состава получаемого сплава по всему объему слитка. Применение для этого механического перемешивания вместо наложения электромагнитного поля (как в прототипе) существенно упрощает аппаратурное оформление и позволяет достичь хорошей однородности состава сплава.place the charge in it, vacuum the cavity, fill it with an inert gas and tightly close it with a magnesium stopper to prevent oxidation of the components during melting. This implementation of the batching process leads to the formation of a magnesium-gallium-thallium alloy inside the magnesium volume, which excludes the oxidation and interaction of reactive thallium and gallium with the material of the container, and the melt mixing with a periodic change in the angle of inclination relative to the horizontal position of the container or rotation of the container around the horizontal axis provides uniformity of the composition of the resulting alloy over the entire volume of the ingot. The use of mechanical mixing for this instead of applying an electromagnetic field (as in the prototype) greatly simplifies the hardware design and allows you to achieve good uniformity of the composition of the alloy.

Проведение кристаллизации в вертикально расположенном контейнере снизу вверх со скоростью 5-10 мм/мин обеспечивает сохранение однородности состава слитка, исключение пористости и усадочных раковин. При перемещении температурного градиента в процессе кристаллизации со скоростью менее 5 мм/ч из-за различия коэффициентов распределения легирующих компонентов происходит нарушение однородности состава по длине слитка. Нижняя часть слитка обогащается галлием, верхняя - таллием. Разница в составах компонентов может достигать 1-2% относительно заданной. При скоростях кристаллизации более 10 мм/ч в объеме слитка появляется пористость, значительные усадочные раковины, что ухудшает качество и выход годных слитков.Carrying out crystallization in a vertically located container from the bottom up with a speed of 5-10 mm / min ensures the uniformity of the composition of the ingot, the exclusion of porosity and shrinkage shells. When moving the temperature gradient during crystallization at a rate of less than 5 mm / h, due to the difference in the distribution coefficients of the alloying components, the composition is uniformly broken along the length of the ingot. The lower part of the ingot is enriched with gallium, the upper - with thallium. The difference in the composition of the components can reach 1-2% relative to the specified. At crystallization rates of more than 10 mm / h, porosity and significant shrinkage cavities appear in the bulk of the ingot, which impairs the quality and yield of ingots.

Кристаллизация расплава в контейнере плавления значительно упрощает аппаратурное оформление, снижает трудоемкость процесса. Выполнение контейнера из нелегированной стали исключает процесс взаимодействия компонентов сплава с легирующими примесями стали. В результате слиток легко выпрессовывается из контейнера.Crystallization of the melt in the melting container greatly simplifies the hardware design, reduces the complexity of the process. The implementation of the container from unalloyed steel excludes the process of interaction of the alloy components with alloying steel impurities. As a result, the ingot is easily pressed out of the container.

При использовании легированной стали слиток сплава магний-галлий-таллий невозможно извлечь из контейнера. Вместе с контейнером приходится удалять и загрязненную примесями образующую часть слитка магний-галлий-таллий, что ухудшает качество и выход годных слитков.When using alloy steel, a magnesium-gallium-thallium alloy ingot cannot be removed from the container. Together with the container, it is necessary to remove the forming part of the magnesium-gallium-thallium ingot contaminated with impurities, which affects the quality and yield of ingots.

Пример 1.Example 1

По оси слитка магния марки МГ-95 диаметром 95 мм, длиной 650 мм высверливают полость диаметром 30 мм, глубиной 200-250 мм. Из прутка того же магния марки МГ-95 вытачивают на токарном станке конусную пробку диаметром 28-32 мм, длиной 30 мм. В полость загружают заданное количество галлия и таллия, вакууммируют до остаточного давления 1·10^-2 мм рт.ст. и заполняют аргоном до атмосферного давления. Отверстие полости герметично закрывают приготовленной конусной пробкой. Подготовленный таким образом магниевый слиток с загруженной шихтой помещают в контейнер, изготовленный из нелегированного железа, в виде стакана диаметром 108 мм, высотой 700 мм. Стакан вакууммируют до остаточного давления 1·10^-2 мм рт.ст., заполняют аргоном до атмосферного давления и герметично заваривают железной нелегированной крышкой. Контейнер помещают вертикально в печь плавления. Слиток магния с шихтовкой расплавляют и для перемешивания расплава переводят печь вместе с контейнером в горизонтальное положение. Перемешивание расплава осуществляют путем периодического изменения угла наклона контейнера вместе с печью относительно горизонтального положения на угол 10-20 град. Перемешивание ведут в течение 30-40 минут. Далее контейнер с расплавом перемещают в кристаллизатор, который представляет собой трубчатую печь, снабженную с одной стороны водоохлаждаемым холодильником, а с другой стороны теплоизолирующей крышкой. Нагреватель выполнен многосекционным, позволяющим создавать вдоль печи температурный градиент.On the axis of the ingot of magnesium brand MG-95 with a diameter of 95 mm, a length of 650 mm, a cavity with a diameter of 30 mm and a depth of 200-250 mm is drilled. From the rod of the same magnesium of the MG-95 grade, a cone plug with a diameter of 28-32 mm, 30 mm long is machined on a lathe. A predetermined amount of gallium and thallium is loaded into the cavity, vacuumized to a residual pressure of 1 · 10 ^-2 mm Hg. and filled with argon to atmospheric pressure. The cavity opening is hermetically sealed with the prepared cone plug. Thus prepared magnesium ingot with the loaded charge is placed in a container made of unalloyed iron, in the form of a glass with a diameter of 108 mm, a height of 700 mm. The glass is evacuated to a residual pressure of 1 · 10 ^-2 mm Hg, filled with argon to atmospheric pressure and hermetically brewed with an unalloyed iron lid. The container is placed vertically in a melting furnace. The magnesium ingot with the charge is melted and the furnace and the container are moved to a horizontal position to mix the melt. Mixing of the melt is carried out by periodically changing the angle of inclination of the container with the furnace relative to the horizontal position at an angle of 10-20 degrees. Stirring is carried out for 30-40 minutes. Next, the container with the melt is transferred to a crystallizer, which is a tube furnace equipped with a water-cooled refrigerator on one side and a heat-insulating lid on the other. The heater is multi-sectional, allowing you to create a temperature gradient along the furnace.

Кристаллизатор с помещенным в него контейнером с расплавом устанавливают вертикально, включают охлаждающую воду и, изменяя температуру секций нагревателя, проводят кристаллизацию расплава со скоростью 10 мм/мин.The mold with the container with the melt placed in it is installed vertically, cooling water is turned on, and, changing the temperature of the heater sections, crystallization of the melt is carried out at a speed of 10 mm / min.

Полученный слиток магний-галлий-таллий выпрессовывали из контейнера гидравлическим прессом усилием 20 т и раскатывали в лист толщиной 0,4 мм при температуре 400°С.The obtained magnesium-gallium-thallium ingot was pressed out of the container with a hydraulic press of 20 t force and rolled into a 0.4 mm thick sheet at a temperature of 400 ° C.

Выход в годное сплава составил 85%. На поверхности слитка и прокатанных из него листах отсутствуют поры, раковины, темные вкрапления.The yield of the alloy was 85%. On the surface of the ingot and sheets rolled from it, there are no pores, shells, dark inclusions.

Однородность распределения галлия и таллия по объему полученного слитка магний-галлий-таллий, измеренная по методике атомно-эмиссионного с индуктивно-связанной плазмой определения химического состава, составила ±0,1%.The homogeneity of the distribution of gallium and thallium by volume of the obtained magnesium-gallium-thallium ingot, measured by the method of atomic emission with inductively coupled plasma for determining the chemical composition, was ± 0.1%.

Claims

1. A method of producing an alloy based on magnesium for the anodes of water-activated chemical current sources, including the charge of the starting components, melting, mixing and crystallization of the melt at a given speed, characterized in that metal gallium, thallium and magnesium are used as the starting components, the starting components are charged by placing gallium and thallium in a sealed internal cavity filled with an inert atmosphere, made in an ingot of initial magnesium, the melt is mixed at a periodic variation of the angle of inclination relative to the horizontal when the container or the container is rotated about a horizontal axis location, and crystallization is carried out at the melting container by moving the temperature gradient from the bottom upwards along the vertical axis of the container with the melt at a rate of 5-10 mm / min.

2. The method according to claim 1, characterized in that the melting and crystallization of the alloy components are carried out in a container made of unalloyed steel.