RU2639165C1 - Способ получения лигатуры "алюминий - гадолиний" - Google Patents
Способ получения лигатуры "алюминий - гадолиний" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639165C1 RU2639165C1 RU2016146874A RU2016146874A RU2639165C1 RU 2639165 C1 RU2639165 C1 RU 2639165C1 RU 2016146874 A RU2016146874 A RU 2016146874A RU 2016146874 A RU2016146874 A RU 2016146874A RU 2639165 C1 RU2639165 C1 RU 2639165C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gadolinium
- fluoride
- aluminum
- chloride
- alloy
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургическим технологиям в области редких и цветных металлов и представляет собой способ получения лигатуры алюминий-гадолиний. Способ включает восстановление фторида гадолиния расплавленным алюминием из шихты, содержащей фторид гадолиния, хлорид калия, хлорид и фторид натрия. Обменный процесс производят при температуре 750°С в контейнерах из стеклоуглерода в атмосфере инертного газа. Полученный расплав выдерживают в течение не менее 6 часов. Изобретение позволяет сократить количество проводимых операций, уменьшить энергетические затраты и удобно отделять конечный продукт от шлака. 2 пр.
Description
Настоящее изобретение относится к металлургическим технологиям в области редких и цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с гадолинием, пригодных для легирования сплавов на основе титана. Применение редкоземельных металлов (РЗМ) в качестве микродобавок в конструкционные и жаропрочные сплавы на основе титана способствует повышению их жаростойкости и термической стабильности. В качестве вводимого элемента весьма эффективно использование металлического гадолиния, причем количество вводимого элемента не должно превышать 0.2 мас. %, и поэтому возникают технические сложности в организации металлургического процесса. В связи с этим более целесообразно использовать в качестве добавок к титановым сплавам лигатуры Al-Gd, основой которых служит металлический алюминий, одновременно являющийся одним из основных компонентов титановых сплавов.
Известен способ получения алюминий-гадолиниевых лигатур прямым сплавлением компонентов с использованием высокоэнергетического ультразвука мощностью 0.6-0.8 кВт/см2 (Заявка CN 201210246432 от 17.07.2012, публ. CN 102776400 A от 14.11.2012, С22С 1/03, С22С 21/00, С22С 1/02). Металлический гадолиний высокой чистоты оборачивают алюминиевой фольгой и после расплавления металлического алюминия при 745-765°С осуществляют выдержку в течение 8-15 мин, в ходе которой чередуют циклы продолжительностью 30-50 с ультразвуковым воздействием и без него. Основным недостатком этого способа является необходимость использования металлического гадолиния, технология производства которого представляет собой отдельный, затратный по энергии и реагентам металлургический передел.
Также существует метод получения сплавов Al-Gd в ходе электрохимического восстановления на алюминиевом электроде гадолинийсодержащих хлоридных расплавов на основе эвтектической смеси 3LiCl-2KCl при 450°С (С. Caravaca and G. De Corrdoba «Formation of Gd-Al Alloy Films by a Molten Salt Electrochemical Process», Z. Naturforsch. 63a (2008), 98). Электролиз ведут в потенциостатическом режиме при -1.8 В, -2.0 В или-2.2 В относительно хлоридсеребряного электрода сравнения с получением интерметаллида Al3Gd, смеси Al3Gd и Al2Gd, сплава Al-Gd-Li соответственно. Минусы данного процесса связаны с низким процентом перевода гадолиния в катодный продукт, непостоянством его состава, сложностью промышленного синтеза безводного гигроскопичного GdCl3, выделением на аноде газообразного хлора.
Указанные недостатки преодолены в другом электролитическом способе получения лигатур методом электрохимической экстракции оксида гадолиния из расплава LiCl-KCl-AlCl3 при 500°С (K. Liu, Y.-L. Liu, L.-Y. Yuan, X.-L. Zhao, Z.-F. Chai, and W.-Q. Shi «Electroextraction of gadolinium from Gd2O3 in LiCl-KCl-AlCl3 molten salts», Electrochim. Acta 109 (2013), 732). В ходе потенциостатического электролиза при потенциалах -2.2 В и -1.5 В относительно электрода сравнения Ag⎮(Li-K)Clэвт - 1 мас. % AgCl образуется только одно интерметаллическое соединение (GdAl3), причем выход гадолиния в конечный продукт составляет 89.7%. Однако использование данной технологии не исключает проблем, связанных со сложностью работы с солевым расплавом, в состав которого входят склонные к гидролизу хлориды лития и алюминия, а также получением катодных осадков в виде порошков, распределенных в солевом электролите, что, в свою очередь, обуславливает введение в технологическую схему операций гидрометаллургической переработки катодного продукта и получения конечной лигатуры в компактном виде.
Наиболее близким техническим решением является способ получения лигатуры алюминий-гадолиний с содержанием гадолиния от 5 до 20 мас. % (Емекеев С.В., Мельник Ю.И. и Петров А.А. «Алюмотермическое восстановление фторидов гадолиния и тербия в вакууме», Цветная металлургия, №3 (1989), 68). Технологическая схема производства лигатуры включает в себя: механическое смешение порошков алюминия и фторида гадолиния, прессование таблеток и алюмотермическое восстановление GdF3 в вакууме (остаточное давление - 10-3÷10-4 мм рт.ст.) при 900-1100°С при молярном соотношении Al:GdF3 от 26 до 113. На начальном этапе имеет место гетерогенная реакция на поверхности раздела жидкий алюминий и твердый фторид, в результате которого появляется металлический гадолиний. Образующийся металлический гадолиний взаимодействует с жидким алюминием с образованием интерметаллидов, которые затем растворяются в жидкой фазе. При высоких температурах (например, при 1080°С) продукт реакции формируется в виде слитка, а удовлетворительный выход гадолиния в конечный продукт (около 97%) достигается за относительно короткое время (около 20 мин). При температуре 900°С и мольном соотношении Al:GdF3=55 за то же время выход гадолиния в лигатуру не превышает 70%.
Основные недостатки указанного способа, выбранного в качестве прототипа, следующие. Высокие температуры и глубокий вакуум, необходимые для достижения высокой степени восстановления гадолиния, обуславливают необходимость использования сложной аппаратуры при существенных затратах электроэнергии. Микроструктура получаемой лигатуры «алюминий-гадолиний» свидетельствует о значительной ликвационной неоднородности материала. Кроме того, в начальный период реакция протекает на границе твердых фаз, что требует дополнительных операций тонкого помола шихты и ее брикетирования.
Заявляемый способ представляет собой новую технологию получения лигатуры «алюминий-гадолиний». При реализации способа достигается сокращение количества технологических операций, уменьшение энергетических затрат и удобство отделения конечного продукта от шлака. То есть технология в сравнении с прототипом упрощается без снижения качества готового продукта. При этом выход гадолиния в конечный продукт не уменьшается, а несколько увеличивается по сравнению с прототипом при проведении процесса в аналогичных условиях. Кроме того, можно говорить о существенном снижении затрат на получение готового продукта.
Таким образом, заявляемый способ решает техническую проблему расширения арсенала технических средств и технический результат, достигаемый при реализации способа, заключается в реализации назначения способа - получение лигатуры «алюминий-гадолиний» должного качества.
Заявляемый способ получения лигатуры Al-Gd в виде слитка включает:
- восстановление фторида гадолиния расплавленным алюминием,
- из шихты, содержащей фторид гадолиния, хлорид калия, хлорид и фторид натрия,
- с выдержкой полученного расплава в течение не менее 6 часов для установления состояния, близкого к равновесному,
- причем обменный процесс производят при температуре 750°С, что позволяет получить оптимальный выход продукта и не допустить его ликвационную неоднородность,
- в контейнерах из стеклоуглерода под атмосферой инертного газа.
Предлагаемый способ получения лигатуры алюминий-гадолиний представляет собой высокотемпературную обменную реакцию между расплавленным алюминием и фторидно-хлоридным расплавом на основе галогенидов щелочных металлом, содержащим фторид гадолиния. Процесс реализуется за счет эффекта сплавообразования между алюминием и гадолинием, а также понижения активности гадолиния в результате его комплексообразования с фторидными лигандами.
В результате обеспечивается получение лигатуры с требуемыми характеристиками при высоком выходе гадолиния в конечный продукт и сокращении материально-энергетических затрат.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Готовят шихту следующего состава (г): хлорид калия - 7.46; хлорид натрия - 5.85; фторид натрия - 6.05; фторид гадолиния - 1.51; алюминий металлический - 10.45. Алюминий и фторид гадолиния, как и в прототипе настоящего изобретения, являются восстановителем и восстанавливаемым соединением соответственно. Эквимольная смесь хлоридов натрия и калия обеспечивает снижение температуры плавкости солевого флюса и, тем самым, обеспечивает протекание обменной реакции в жидкой фазе. Фторид натрия вводится для того, чтобы связать во фторидные комплексы образующиеся в ходе обменного процесса ионы алюминия. Шихту помещают в тигель из стеклоуглерода, выполняющий роль инертного контейнера. Тигель устанавливают в герметичную реторту из нержавеющей стали, вакуумируют и заполняют аргоном, тем самым обеспечивая инертную атмосферу. Процесс ведут при 750°С в течение 10 ч. Выдержка более 6 часов позволяет достичь состояния, близкого к равновесию. При более низких температурах возможно образование твердых фаз, а увеличение температуры приводит к росту остаточной концентрации гадолиния в солевом электролите. В результате получен сплав Al-Gd массой 11.03 г, который легко механически отделялся от шлака. Массовая доля гадолиния 8.8 мас. %, что соответствует требованиям. Выход гадолиния в конечный продукт составил 90.3%. Таким образом, технологические параметры процесса превосходят прототип при существенном сокращении затрат за счет уменьшения количества технологических операций, снижения температуры, отказа от использования вакуума и удобства отделения получаемой лигатуры от шлака.
Пример 2. Готовят шихту следующего состава (г): хлорид калия - 7.46; хлорид натрия - 5.85; фторид натрия - 4.93; фторид гадолиния - 0.81; алюминий металлический - 11.9. Шихту помещают в тигель из стеклоуглерода, который устанавливают в реторту из нержавеющей стали, вакуумируют и заполняют аргоном. Процесс ведут при 750°С в течение 10 ч. В результате получен сплав Al-Gd массой 11.03 г с массовой долей гадолиния 4.7 мас. %. Выход гадолиния в конечный продукт составил 98.0%.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно упростить (при одновременном улучшении качества) синтез лигатуры «алюминий-гадолиний» и получить продукт высокого качества.
Claims (1)
- Способ получения лигатуры алюминий-гадолиний в виде слитка, заключающийся в том, что осуществляют восстановление фторида гадолиния расплавленным алюминием из шихты, содержащей фторид гадолиния, хлорид калия, хлорид и фторид натрия, путем обменной реакции между расплавленным алюминием и фторидно-хлоридным расплавом при температуре 750°C в тигле из стеклоуглерода в атмосфере инертного газа и с выдержкой полученного расплава в течение не менее 6 часов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016146874A RU2639165C1 (ru) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | Способ получения лигатуры "алюминий - гадолиний" |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016146874A RU2639165C1 (ru) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | Способ получения лигатуры "алюминий - гадолиний" |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639165C1 true RU2639165C1 (ru) | 2017-12-20 |
Family
ID=60718875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016146874A RU2639165C1 (ru) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | Способ получения лигатуры "алюминий - гадолиний" |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639165C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003161434A (ja) * | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 耐食性耐熱鋳鋼を炉壁に内張りした燃焼炉 |
CN102776400A (zh) * | 2012-07-17 | 2012-11-14 | 南昌大学 | 一种高能超声制备铝钆中间合金的方法 |
RU2492258C1 (ru) * | 2012-06-18 | 2013-09-10 | Сергей Георгиевич Борщевский | Жаростойкий сплав на основе алюминия для электрических проводов |
RU2564803C1 (ru) * | 2014-04-08 | 2015-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Эпсилон" | Лигатура для стали |
-
2016
- 2016-11-29 RU RU2016146874A patent/RU2639165C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003161434A (ja) * | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 耐食性耐熱鋳鋼を炉壁に内張りした燃焼炉 |
RU2492258C1 (ru) * | 2012-06-18 | 2013-09-10 | Сергей Георгиевич Борщевский | Жаростойкий сплав на основе алюминия для электрических проводов |
CN102776400A (zh) * | 2012-07-17 | 2012-11-14 | 南昌大学 | 一种高能超声制备铝钆中间合金的方法 |
RU2564803C1 (ru) * | 2014-04-08 | 2015-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Эпсилон" | Лигатура для стали |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Емекеев С.В. и др. Алюмотермическое восстановление фторидов гадолиния и тербия в вакууме. Журнал "Цветная металлургия", N 3, Металлургия, 1989, с.68. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2992502C (en) | Method for producing titanium or titanium aluminum alloys through two-stage aluminothermic reduction and obtaining titanium-free cryolite as byproducts | |
Fray et al. | Aspects of the application of electrochemistry to the extraction of titanium and its applications | |
ES2774075T3 (es) | Procedimiento de producción de una aleación de aluminio y escandio | |
US10988830B2 (en) | Scandium master alloy production | |
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 | |
JP2016514212A5 (ru) | ||
RU2587700C1 (ru) | Способ получения лигатуры алюминий-скандий-иттрий | |
Bukatova et al. | Electrosynthesis of gadolinium hexaboride nanotubes | |
RU2639165C1 (ru) | Способ получения лигатуры "алюминий - гадолиний" | |
Yan et al. | Synthesis of niobium aluminides by electro-deoxidation of oxides | |
CN110205652B (zh) | 一种铜钪中间合金的制备方法和应用 | |
RU2401875C2 (ru) | Способ производства химически активных металлов и восстановления шлаков и устройство для его осуществления | |
RU2621207C1 (ru) | Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа | |
RU2401874C2 (ru) | Способ волкова для производства химически активных металлов и устройство для его осуществления | |
RU2697127C1 (ru) | Способ получения лигатуры магний-неодим | |
JPH0688280A (ja) | 希土類及び他の金属の合金を製造する電解法 | |
US2497530A (en) | Master alloy for introducing zirconium into magnesium | |
RU2515730C1 (ru) | Электрохимический способ получения лигатурных алюминий-циркониевых сплавов | |
RU2537676C1 (ru) | Способ электрохимического получения алюминий-титановой лигатуры для коррозионностойких алюминиевых сплавов | |
US4177059A (en) | Production of yttrium | |
RU2370560C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ ЛИГАТУРЫ Al-Mg-Mn-Y ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ | |
JP2926280B2 (ja) | 稀土類−鉄合金の製造方法 | |
JPS5940210B2 (ja) | 水素化用チタン合金の溶製法 | |
Nair et al. | Production of tantalum metal by the aluminothermic reduction of tantalum pentoxide | |
RU2680330C1 (ru) | Способ получения лигатуры на основе алюминия |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191130 |