RU2610182C2 - Способ получения лигатурного сплава алюминий-бор - Google Patents
Способ получения лигатурного сплава алюминий-бор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610182C2 RU2610182C2 RU2015129292A RU2015129292A RU2610182C2 RU 2610182 C2 RU2610182 C2 RU 2610182C2 RU 2015129292 A RU2015129292 A RU 2015129292A RU 2015129292 A RU2015129292 A RU 2015129292A RU 2610182 C2 RU2610182 C2 RU 2610182C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- boron
- mixture
- fluorides
- containing component
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/026—Alloys based on aluminium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению лигатурного сплава на основе алюминия, который может быть использован для очистки алюминия, получаемого электролизом, от переходных элементов. Способ получения лигатурного сплава алюминий-бор включает алюмотермическое восстановление борсодержащего компонента в расплаве, содержащем алюминий и смесь фторидов натрия, калия и алюминия, при температуре расплава выше температуры плавления алюминия и температуры плавления смеси фторидов и ниже температуры разложения борсодержащих компонентов. В качестве смеси фторидов используют смесь KF-AlF3, или смесь NaF-AlF3, или смесь KF-NaF-AlF3, в качестве борсодержащего компонента используют B2O3, или KBF4, или NaBF4, или Na2B4O7. Изобретение направлено на получение лигатурного сплава алюминий-бор с содержанием до 10,0 мас.% бора с высокой степенью усвоения бора алюминием, низкими потерями бора в виде летучего BF3 и возможностью корректировки и регенерации расплавленной смеси фторидов натрия, калия и алюминия для поддержания параметров синтеза. 6 з.п. ф-лы, 4 пр., 1 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению лигатурного сплава алюминия, который может быть использован для очистки алюминия, получаемого электролизом, от переходных элементов, повышая его чистоту и улучшая эксплуатационные характеристики (электропроводность и др.). Благодаря высокой электропроводности и высоким прочностным характеристикам, сплавы алюминий-бор могут использоваться в качестве относительно недорогого электропроводящего армирующего материала, например в аэрокосмической промышленности.
Известен способ получения сплава алюминий-бор-титан (RU 2466202, публ. 10.11.2012) [1]. Способ включает плавление первичного алюминия, порционное введение в расплав алюминия титансодержащего и борсодержащего компонентов, перемешивание алюминия и его разливку, охлаждение и термическую обработку, при этом в качестве борсодержащего компонента используют H3BO3, который порционно вводят в алюминий с температурой 950-1050°С, отливку лигатуры подвергают термической обработке по следующему режиму: нагрев до 460-490°С, выдержка при этой температуре в течение 11-15 ч, разогрев до 520-550°С, выдержка при этой температуре в течение 8-12 ч и последующее охлаждение на воздухе со скоростью 200-250°С/мин.
Недостатками известного способа являются относительно высокая температура синтеза, сложность управления параметрами синтеза, сложность конструкции реактора, подразумевающая наличие устройства для отвода паров воды при 950-1050°С для обеспечения безопасности процесса и, как следствие, высокие энергозатраты. Получаемый сплав содержит титан и не более 2.0 мас.% бора.
Известен также способ получения сплава алюминий-бор (Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1987, №2, с. 32-36) [2]. Способ включает плавление смеси алюминия с борсодержащим компонентом (В2О3) в криолитовом расплаве (смесь фторидов натрия и алюминия) при температуре 950-1000°С. Преимуществом способа является простота конструкции реактора, при этом способ обладает такими недостатками как относительно высокая температура процесса, низкое, до 0.3-0.4 мас.%, содержание бора в сплаве и низкая степень извлечения бора ввиду нестабильности борсодержащих соединений в криолитовом расплаве при температуре 950-1000°С.
Попытка повышения степени извлечения бора в алюминий из расплавленного криолита произведена за счет ведения электролиза данного расплава в известных способах получения сплава алюминий-бор при температуре 950-1000°С (Proc. Int. Symposium on production, refining, fabrication and recycling of light metals: Hamilton. Ontario. Aug. 26-30, 1990, p. 49-57 / Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1979, №14, с. 22-24) [3, 4]. Однако с использованием дополнительных энергозатрат максимальное содержание бора в получаемых сплавах алюминий-бор составило 0.12 мас.%.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения сплава алюминий-бор (Transactions Nonferrous Metal Society of China, 2013, Vol. 23, p. 294-300) [5]. Способ включает порционное введение борсодержащего компонента KBF4 в расплавленный алюминий при 800°С, который перемешивают со скоростью 700 об/мин. Содержание бора в получаемых сплавах алюминий-бор составляет 3 мас.%.
Преимуществами способа являются низкая температура синтеза и относительно высокое содержание бора в получаемом сплаве алюминий-бор. В качестве недостатков стоит отметить низкую термическую устойчивость используемого борсодержащего компонента и вызванные этим высокие потери бора. Помимо этого известный способ получения сплава алюминий-бор, как и выше описанные способы, характеризуются накоплением отходов солей.
При этом необходимо отметить, что стремление к повышению степени извлечения и содержания бора в лигатурном сплаве алюминий-бор обусловлено экономическими факторами. Поскольку лигатурные сплавы представляют собой полупродукт, который для получения сплавов алюминий-бор с необходимым содержанием бора и определенными физико-механическими свойствами разбавляют жидким алюминием, то для получения одинакового объема такого сплава потребуется меньше того лигатурного сплава алюминий-бор, в котором содержание бора выше. При этом стоимость лигатурного сплава от содержания бора мало зависит.
Задачей изобретения является получение лигатурного сплава с содержанием бора, обеспечивающим экономичность способа, возможность вести синтез в температурном диапазоне термической устойчивости используемых борсодержащих компонентов, а также исключение отходов солей с борсодержащим компонентом.
Для этого предложен способ получения лигатурного сплава алюминий-бор, включающий алюмотермическое восстановление борсодержащего компонента в расплаве алюминия, отличающийся тем, что алюмотермическое восстановление осуществляют в расплаве, содержащем алюминий и смесь фторидов натрия, калия и алюминия, при температуре расплава выше температуры плавления алюминия и температуры плавления смеси фторидов и ниже температуры разложения борсодержащих компонентов.
В качестве смеси фторидов используют смесь KF-AlF3, или смесь NaF-AlF3, или смесь KF-NaF-AlF3.
В качестве борсодержащего компонента используют B2O3, или KBF4, или NaBF4, или Na2B4O7.
В процессе алюмотермического восстановления содержание в смеси борсодержащего компонента, алюминия и смеси фторидов поддерживают постоянным.
При использовании в качестве борсодержащего компонента B2O3 или Na2B4O7 расплавленную смесь алюминия и фторидов, содержащую борсодержащий компонент, подвергают электролизу.
При использовании в качестве борсодержащего компонента KBF4 в смесь борсодержащего компонента и алюминия добавляют смесь фторидов NaF и AlF3.
При использовании в качестве борсодержащего компонента NaBF4 или Na2B4O7 в смесь борсодержащего компонента и алюминия добавляют смесь фторидов KF и AlF3.
Сущность заявленного способа заключается в следующем. При контакте алюминия с борсодержащим компонентом из числа В2О3, KBF4, NaBF4, Na2B4O7 происходит алюмотермическое восстановление перечисленных борсодержащих компонентов с образованием бора в алюминии, накоплением оксида алюминия и фторидов натрия и калия в расплавленной смеси фторидов натрия, калия и алюминия. Помимо того, что борсодержащие компоненты В2О3, KBF4, NaBF4, Na2B4O7 являются наиболее доступными, они, в отличие, например, от H3BO3, являются безопасными при использовании.
Для поддержания высокой скорости синтеза, снятия возможных диффузионных и пассивационных затруднений образующиеся побочные продукты отводят от фронта реакции алюмотермического восстановления использованием расплавленной смеси фторидов натрия, калия и алюминия в соотношении, позволяющем синтезировать сплав алюминий-бор при температуре выше температуры плавления алюминия (около 680°С) и ниже температуры разложения борсодержащих компонентов в расплавленной смеси (около 850°С). Соотношения фторидов натрия, калия и алюминия в расплавленной смеси подбираются на основании известных данных по температурам ликвидуса соответствующих смесей (J. Chem. Eng. Data, 2010, V. 55, р. 4549 / Электрохимия, 2010, Т. 46, с. 672-678) [6, 7].
Постоянство состава расплавленной смеси фторидов натрия, калия и алюминия в заявляемом способе обеспечивают путем подбора соотношения добавляемых борсодержащих компонентов (добавка KBF4 - для повышения доли фторида калия; добавки NaBF4 и Na2B4O7 - для повышения доли фторида натрия) либо путем добавления фторидов натрия, калия и алюминия. При использовании в качестве борсодержащего компонента B2O3 или Na2B4O7 расплавленную смесь фторидов натрия, калия и алюминия подвергают электролизу, обеспечивая его регенерацию от накапливаемого оксида алюминия путем его электролитического разложения по суммарной реакции 2Al2O3=4Al+3O2.
Для повышения степени усвоения бора и более равномерного его распределения в алюминии последний подвергают механическому или магнитогидродинамическому перемешиванию при температуре не ниже температуры синтеза сплава алюминий-бор. По окончании готовый лигатурный сплав сливают в изложницу, а расплавленную смесь фторидов натрия, калия и алюминия используют для дальнейшего получения сплава алюминий-бор. Полученный охлажденный лигатурный сплав представляет собой твердый раствор элементарного бора и боридов алюминия в алюминиевой матрице и предназначен для приготовления сплавов алюминий-бор с необходимым содержанием бора путем его разбавления жидким алюминием.
Технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в получении лигатурного сплава алюминий-бор с содержанием до 10.0 мас.% бора с высокой степенью усвоения бора алюминием, низкими потерями бора в виде летучего BF3 и возможностью корректировки и регенерации расплавленной смеси фторидов натрия, калия и алюминия для поддержания параметров синтеза.
Заявленный способ иллюстрируется изображением поперечного среза лигатурного сплава алюминий-бор с содержанием компонентов в разных точках и примерами получения лигатурного сплава, осуществляемого в графитовом тигле.
Пример 1.
Для получения лигатурного сплава алюминий-бор использовали:
- алюминий гранулированный электротехнической чистоты - 50 г
- борсодержащий компонент KBF4 - 7.5 г
- смесь фторидов (мас.%) - 52KF-48AlF3 - 50 г.
Полученную смесь из алюминия, борсодержащего компонента и смеси фторидов доводили до плавления и выдерживали при температуре 700°С в течение 120 мин в условиях механического перемешивания. По окончании синтеза полученный сплав алюминий-бор сливали в изложницу и охлаждали. По результатам химического анализа наблюдали повышение доли KF в солевом флюсе до 54 мас.%. С целью дальнейшего использования в охлажденную и измельченную смесь фторидов калия и алюминия добавляли AlF3, доводя состав смеси до исходного (мас.%: 52KF-48AlF3).
Суммарное содержание бора в алюминии по результатам химического и микрорентгеноструктурного анализов составило около 2.7 мас.%, при этом часть бора представлена в виде интерметаллидных образований с содержанием бора 20-25 мас.%. (см. изображение поперечного среза сплава алюминий-бор и содержание компонентов в разных точках).
Пример 2.
Для получения лигатурного сплава алюминий-бор использовали:
- алюминий гранулированный электротехнической чистоты - 50 г
- борсодержащий компонент B2O3 - 5 г
- смесь фторидов (мас.%) - 39KF-10NaF-51AlF3 - 50 г.
Полученную смесь из алюминия, борсодержащего компонента и смеси фторидов доводили до плавления при температуре 820°С, после чего в реакционную смесь каждые 30 мин добавляли 5 г борсодержащего компонента - оксида бора (В2О3). Для разложения образовавшегося оксида алюминия расплавленную смесь фторидов калия, натрия и алюминия подвергали гальваностатическому электролизу (ток - 1.5 А, напряжение - 2.2-2.4 В), при этом анодом служил графитовый стержень, а катодом - алюминий на дне тигля. Токоподвод к алюминию был выполнен из графита и одновременно служил механической мешалкой. Общее время синтеза составило 120 мин. По окончании синтеза полученный сплав алюминий-бор сливали в изложницу и охлаждали.
Изменения долей компонентов солевого флюса практически не изменились (в пределах погрешности измерения). Суммарное содержание бора в алюминии составило около 8.0 мас.%, при этом часть бора представлена в виде интерметаллидных образований с содержанием бора 30-50 мас.%.
Пример 3.
Для получения лигатурного сплава алюминий-бор использовали:
- алюминий гранулированный электротехнической чистоты - 70 г
- борсодержащий компонент NaBF4 - 7.0 г
- смесь фторидов (мас.%) - 40KF-8NaF-52AlF3 - 100 г.
Полученную смесь из алюминия, борсодержащего компонента и смеси фторидов доводили до плавления и выдерживали при температуре 800°С в течение 60 мин в условиях механического перемешивания. По окончании синтеза полученный сплав алюминий-бор сливали в изложницу и охлаждали. По результатам химического анализа наблюдали повышение доли NaF в расплавленной смеси фторидов натрия, калия и алюминия до 8.5 мас.%. Для корректировки состава с целью дальнейшего использования в смесь (охлажденную и измельченную) добавляли KF и AlF3.
Суммарное содержание бора в алюминии составило около 1.5 мас.%, при этом часть бора представлена в виде интерметаллидных образований с содержанием бора 10-20 мас.%.
Пример 4.
Для получения лигатурного сплава алюминий-бор использовали:
- алюминий гранулированный электротехнической чистоты - 75 г
- борсодержащий компонент Na2B4O7 - 3.0 г
- смесь фторидов (мас.%) - 40NaF-60AlF3 - 75 г.
Полученную смесь из алюминия, борсодержащего компонента и смеси фторидов доводили до плавления при температуре 825°С после чего в реакционную смесь каждые 15 мин добавляли борсодержащий компонент - буру (Na2B4O7). Для разложения образовавшегося оксида алюминия расплавленную смесь подвергали гальваностатическому электролизу (ток - 2.0 А, напряжение - 2.3-2.6 В), при этом анодом служил графитовый стержень, а катодом - алюминий на дне тигля. Токоподвод к алюминию был выполнен из графита и одновременно служил механической мешалкой. Общее время синтеза составило 90 мин. По окончании синтеза полученный сплав алюминий-бор сливали в изложницу и охлаждали.
Изменения долей фторидов натрия, калия и алюминия в расплавленной смеси практически не изменились (в пределах погрешности измерения). Суммарное содержание бора в алюминии составило около 4.5 мас.%, при этом часть бора представлена в виде интерметаллидных образований с содержанием бора 20-25 мас.%.
Заявленный способ позволяет реализовать получение лигатурного сплава алюминий-бор с содержанием до 10.0 мас.% бора с высокой степенью усвоения бора алюминием, низкими потерями бора в виде летучего BF3 и возможностью корректировки и регенерации расплавленной смеси фторидов натрия, калия и алюминия для поддержания параметров синтеза.
Claims (7)
1. Способ получения лигатурного сплава алюминий-бор, включающий алюмотермическое восстановление борсодержащего компонента в расплаве алюминия, отличающийся тем, что алюмотермическое восстановление осуществляют в расплаве, содержащем алюминий и смесь фторидов натрия, калия и алюминия, при температуре расплава выше температуры плавления алюминия и температуры плавления смеси фторидов и ниже температуры разложения борсодержащих компонентов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве смеси фторидов используют смесь KF-AlF3, или смесь NaF-AlF3, или смесь KF-NaF-AlF3.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве борсодержащего компонента используют B2O3, или KBF4, или NaBF4, или Na2B4O7.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе алюмотермического восстановления содержание в смеси борсодержащего компонента, алюминия и смеси фторидов поддерживают постоянным.
5. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что при использовании в качестве борсодержащего компонента B2O3 или Na2B4O7 расплавленную смесь алюминия и фторидов, содержащую борсодержащий компонент, подвергают электролизу.
6. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что при использовании в качестве борсодержащего компонента KBF4 в смесь борсодержащего компонента и алюминия добавляют смесь фторидов NaF и AlF3.
7. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что при использовании в качестве борсодержащего компонента NaBF4 или Na2B4O7 в смесь борсодержащего компонента и алюминия добавляют смесь фторидов KF и AlF3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129292A RU2610182C2 (ru) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | Способ получения лигатурного сплава алюминий-бор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129292A RU2610182C2 (ru) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | Способ получения лигатурного сплава алюминий-бор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015129292A RU2015129292A (ru) | 2017-01-18 |
RU2610182C2 true RU2610182C2 (ru) | 2017-02-08 |
Family
ID=58449440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015129292A RU2610182C2 (ru) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | Способ получения лигатурного сплава алюминий-бор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2610182C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5171376A (en) * | 1990-06-12 | 1992-12-15 | Laporte Industries Limited | Fluxes for aluminium brazing or welding |
RU2063459C1 (ru) * | 1993-03-01 | 1996-07-10 | Владимир Михайлович Федотов | Способ получения борсодержащей лигатуры |
CN1936089A (zh) * | 2006-08-22 | 2007-03-28 | 包头铝业股份有限公司 | 一种用铝电解槽生产铝硼合金的方法 |
CN103361502A (zh) * | 2012-04-01 | 2013-10-23 | 包头铝业有限公司 | 一种用化学反应法制备铝硼中间合金方法 |
-
2015
- 2015-07-16 RU RU2015129292A patent/RU2610182C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5171376A (en) * | 1990-06-12 | 1992-12-15 | Laporte Industries Limited | Fluxes for aluminium brazing or welding |
RU2063459C1 (ru) * | 1993-03-01 | 1996-07-10 | Владимир Михайлович Федотов | Способ получения борсодержащей лигатуры |
CN1936089A (zh) * | 2006-08-22 | 2007-03-28 | 包头铝业股份有限公司 | 一种用铝电解槽生产铝硼合金的方法 |
CN103361502A (zh) * | 2012-04-01 | 2013-10-23 | 包头铝业有限公司 | 一种用化学反应法制备铝硼中间合金方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
QING-LIANG WANG et al. Production of Al-B master alloys by mixing KBF4 salt into molten aluminium. Trasaction nonferrous metal society of Cnina, 2013, v.23, p. 294-300. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015129292A (ru) | 2017-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5405115B2 (ja) | 結晶粒微細化母合金の製造方法 | |
US5024737A (en) | Process for producing a reactive metal-magnesium alloy | |
US11186897B2 (en) | Method for producing aluminum-scandium alloy and reactor for implementing the method | |
Dewan et al. | Control and removal of impurities from Al melts: A review | |
RU2593246C1 (ru) | Способ получения лигатуры алюминий-скандий | |
US20210340685A1 (en) | Method for preparing a titanium-aluminum alloy | |
CN108048676A (zh) | 铝热还原法制备铝镧中间合金的方法 | |
Khaliq et al. | Thermodynamic analysis of Ti, Zr, V and Cr impurities in aluminum melt | |
WO2003042418A1 (fr) | Procede de fabrication d'un alliage de fonderie alimunium-scandium et fondant destine a la fabrication d'un alliage de fonderie alimunium-scandium | |
ZHANG et al. | Preparation of Mg–Li—La alloys by electrolysis in molten salt | |
RU2587700C1 (ru) | Способ получения лигатуры алюминий-скандий-иттрий | |
CN105039796A (zh) | 铝碲中间合金及其制备方法与应用 | |
Chen et al. | Effect of rare earth on morphology and dispersion of TiB2 phase in Al-Ti-B alloy refiner | |
Wang et al. | Effect of oxide and fluoride addition on electrolytic preparation of Mg–La alloy in chloride molten salt | |
RU2610182C2 (ru) | Способ получения лигатурного сплава алюминий-бор | |
AU2021105887A4 (en) | High-strength, high-conductivity and wear-resistant aluminum-based composite material and preparation method thereof | |
RU2697127C1 (ru) | Способ получения лигатуры магний-неодим | |
RU2621207C1 (ru) | Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа | |
CN102071439A (zh) | 一种熔盐电解直接制备Mg-Zn-Zr合金的方法 | |
CN107988499A (zh) | 熔盐热还原法制备铝铒中间合金的方法 | |
CN102995067A (zh) | 一种熔盐电解制备铝镁钕合金的方法 | |
CN108642529B (zh) | 基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法 | |
CN108441892B (zh) | 基于络合离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法 | |
CN103132108B (zh) | 熔盐体系中电解制备耐热镁铝钕合金的方法 | |
US3951764A (en) | Aluminum-manganese alloy |