СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-СКАНДИЙ, ФЛЮС ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF LIGATURE RECEIVING ALUMINIUM-SCANDIUM, FLUX FOR LIGATURE RECEIVING AND DEVICE FOR METHOD IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано для производства алюминий-скандиевой лигатуры, применяемой для модифицирования алюминиевых сплавов.
Известен способ получения лигатуры алюминий-скандий, включающий высокотемпературную обменную реакцию фторида или оксида скандия с алюминием в среде расплавленных галогенидов металлов, а именно в присутствии фторида скандия, хлорида калия, фторида натрия или оксида скандия, фторида алюминия, фторида натрия и хлорида калия или фторскандиата щелочного или щелочно-земельного элемента и хлорида калия или натрия с использованием покровного флюса, содержащего хлорид калия и хлорид натрия, в температурном интервале 850-1050°С с выдержкой 15-30 минут (патент РФ №2213795, МКИ С22С 1/00, 2003 г.).
Известен флюс для получения лигатуры алюминий-скандий путем высокотемпературной обменной реакции фторида или оксида скандия с алюминием, содержащий в качестве вещества, содержащего фторид скандия, фторскандиат щелочного или щелочно-земельного металла и хлорид калия или натрия (патент РФ №1549091, МКИ С22С 1/2, 1999 г.).
Недостатком известного процесса, а также флюса для осуществления этого процесса, является использование солей натрия, которые в процессе высокотемпературных обменных реакций попадают в получаемый сплав алюминия. Известно из экспериментальных данных (Ложкин Л.Н., Попов А.П. "Исследования катодного процесса при электролизе криолито-глиноземного расплава." Сб. Физическая химия и электрохимия расплавленных солей и шлаков. Изд. Химия, Л., 1968. С.303-311), что в натриевом криолито-глиноземистом электролите при криолитовом отношении (к.о.) 2.80 начинается совместный разряд катионов алюминия и натрия. Выход по току алюминия начинает падать и тем заметнее, чем выше к.о. Примесь натрия ухудшает свойства алюминия и его сплавов, а также увеличивает содержание водорода (табл.1).
F
Содержание натрия, водорода и значения усилий для холодной прокатки (R)
Таблица 1
Содержание натрия, 10<sup>-4</sup>%
0
5
30
82
Содержание водорода, 10<sup>-4</sup>%
0.20
0.40
0.52
0.48
Значение величины R<sub>F</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
350
370
485
630
В результате при обработке давлением алюминия, содержащего повышенные количества натрия, значительно возрастают отходы фольги за счет ее брака. В отечественных технических условиях на алюминий-скандиевые лигатуры ТУ 11-01-01-2001 содержание щелочного компонента не лимитируется в отличии от требований зарубежных фирм. Обычно содержание натрия в лигатуре Al-2%Sc составляет
-3
(3÷7)·10%. Это обусловлено в первую очередь использованием натриевых солей при получении лигатуры.
Вторым фактором, обусловливающим загрязнение конечного продукта примесями натрия, является применение в процессе получения алюмоскандиевой лигатуры алюминия марки А85 (99.85% Аl) или алюминия гранулированного марки ЧДА (ТУ 6-09-02-529-92) с содержанием основного вещества 99.9%.
Кроме того, необходимо отметить, что при производстве алюминиевых сплавов авиакосмического назначения к качеству лигатуры предъявляются высокие требования в части однородности химического состава в объеме отливок, высокой чистоты по содержанию неметаллических включений, пористости и отсутствию крупных (грубых) частиц алюминидов.
Известно устройство для получения скандийсодержащей лигатуры, содержащее герметичный реактор, помещенный в шахтную печь (патент РФ №2261924, С22В 5/04, 2005 г.).
Недостатком известного устройства является использование для производства лигатуры алюминия марки А85 (99.85% Аl) или алюминия гранулированного марки ЧДА (ТУ 6-09-02-529-92) с содержанием основного вещества 99.9%. При этом исходный алюминий марки А85 содержит натрия 0.0074±0.0022 мас.% и марки ЧДА содержит 0.0035±0.0008 мас.%) натрия, что ведет к загрязнению натрием конечного продукта.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения лигатуры алюминий-скандий, обеспечивающий высокую чистоту конечного продукта по натрию наряду с высоким уровнем извлечения скандия в лигатуру.
Поставленная задача решена в способе получения лигатуры алюминий-скандий, включающем расплавление алюминия и флюса с получением расплава галогенидов металлов и осуществление высокотемпературной обменной реакции фторида или оксида скандия с алюминием в среде расплавленных галогенидов металлов, в котором используют флюс, содержащий фторид алюминия, фторид или оксид скандия, фторид и хлорид кальция, и гидрофторид или фторид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фторид кальция
- 10-35;
фторид алюминия
- 2-10;
фторид скандия
- 2-20;
или оксид скандия
-2-8;
гидрофторид
или фторид калия
- 0-5;
хлорид кальция
- остальное,
при этом расплавленный алюминий фильтруют с получением капель и пропускают его через расплавленные галогениды металлов путем создания разрежения, полученный расплав выдерживают, затем сливают расплав галогенидов металлов и образовавшийся алюминиево-скандиевый сплав.
Поставленная задача также решена путем использования флюса для получения лигатуры алюминий-скандий, содержащего фторид или оксид скандия и фторид алюминия, который дополнительно содержит фторид и хлорид кальция и гидрофторид или фторид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фторид кальция
-10-35;
фторид алюминия
- 2-10;
фторид скандия
- 2-20;
или оксид скандия
-2-8;
гидрофторид
или фторид калия
- 0-5;
хлорид кальция
- остальное.
Поставленная задача также решена путем использования устройства для получения лигатуры алюминий-скандий, содержащего футерованный тигель и нагревательное устройство, которое дополнительно содержит второй тигель, расположенный над первым и имеющий дырчатое дно, при необходимости покрытое одним или двумя слоями графитированной ткани, и оба тигля расположены в герметичной емкости, имеющей в нижней части отверстие, соединенной с форвакуумным насосом, и помещенной в печь сопротивления.
В настоящее время не известен способ получения лигатуры алюминий-скандий путем высокотемпературной обменной реакции фторида или оксида скандия с алюминием, в котором расплавленный алюминий в форме капель, полученных его фильтрованием, пропускают через расплавленные галогениды металлов путем создания разряжения, а в качестве флюса используют флюс предлагаемого состава.
3
-2
Для повышения качества лигатур авторами предлагается фильтрование жидкого алюминия в соответствующий расплав солей. В работе использовали исходный алюминий марки А85, содержащий натрия 0.0074±0.0022 мас.%, и марки ЧДА, содержащий 0.0035±0.0008 мас.% натрия. Исследования проводили в тиглях из боросилицированного графита марки БСГ-30 (плотность не менее 2.2 г/см, ТУ 48-20-72-90). Верхний тигель с дырчатым дном застилали графитированным материалом (ткани ТМП-4, ТГН-2М, ТМП-3 или войлок ВИТ-1). Для всех видов перечисленных тканей и войлока получены результаты по значительному (в 2-10 раз) удалению натрия из алюминия при принятых условиях фильтрования: температура 750-850°С и включением вакуума до 10 мм рт.ст. от форвакуумного насоса (табл.2).
Таблица 2
Экспериментальные данные по изменению содержания натрия в алюминии при фильтровании через графитированные материалы
Материал фильтра
Содержание натрия, мас.%
Исходный алюминий
Профильтрованный алюминий
ТМП-4
0.0075±0.0022
0.0028±0.0008
0.0073±0.0002
0.00068±0.00002
ТГН-2М (2 слоя)
0.0077±0.0023
0.0040±0.0015
0.0040±0.0015
0.00044±0.000013
ТМП-3
0.0078±0.0023
0.0038±0.0011
0.0038±0.0011
0.0008±0.00002
Примечание: Пробы отбирались: исходного (И) алюминия из расплава непосредственно после плавления алюминия; профильтрованного (П) алюминия после его затвердевания и охлаждения.
Стойкость и работоспособность фильтра из графитированных углеродных материалов проверялась многократной фильтрацией алюминия через один и тот же фильтр. В лабораторных условиях было выполнено 10 плавок на фильтре из двух слоев ткани ТГН-2М (табл.3).
Таблица 3
Зависимость очистки алюминия марки А85 от натрия фильтрованием через два слоя ткани ТГН-2М от числа фильтраций
Количество фильтраций через тот же фильтр
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
И·10<sup>3</sup>
3.8
4.0
3.5
3.0
3.7
3.4
3.1
3.6
3.7
3.3
П·10<sup>4</sup>
4.0
4.4
3.7
2.9
4.1
3.3
3.5
3.7
3.9
3.8
P
9.5
9.1
9.4
10.3
9.0
10.3
8.8
9.7
9.5
8.7
Примечание: И, П - см. табл.2; Р - снижение содержания натрия в число раз.
Следовательно, для уменьшения содержания натрия в исходном алюминии необходимо использовать процесс фильтрования расплава необязательно через графитированную ткань, например, ТГН-2М. Фильтрование также снижает содержание взвеси в расплаве, улавливает оксидные пленки, обогащенные примесями, и очень важно то, что резко возрастает поверхность контакта алюминия (капель) с солевым расплавом. Последнее обстоятельство ускоряет протекание высокотемпературных обменных реакций между алюминием и растворенной солью.
2
2
2
2
2
Предлагаемый авторами солевой состав, используемый в качестве флюса, не содержит соли натрия. Авторами предлагается состав на основе хлористого и фтористого кальция, бинарная диаграмма которого была изучена W. Plato (Plato W. Zeitshritt für Physikaalische Chemia. Leipzig, 1907. S.530-372). Эвтектика приходится на состав 86.2% СаСl и 13.8% CaF и имеет температуру плавления 644.4°С. Температура ликвидуса плавно возрастает до состава с 35.5% CaF, имеющего температуру 750°С. Использовать бинарный состав в указанном диапазоне от точки эвтектики до перитектической реакции СаСl·СаF при 750°С невозможно без данных растворимости соответствующих фторидов и оксидов скандия, условий проведения высокотемпературной обменной реакции, достижения высокого перехода скандия из соли в лигатуру и коагуляции отдельных капель металлического расплава в слиток. Выполненные на термоанализаторе TG-DTA-92 измерения свойств солевых составов представлены в табл.4.
Таблица 4
Температуры ликвидуса (tл, °С), начала кристаллизации (tкр, °С) и величины переохлаждения (Δt, °С) солевых составов на основе хлорида (СаСl<sub>2</sub>)и фторида (CaF<sub>2</sub>) кальция, мас.%
№
СаСl<sub>2</sub>
CaF<sub>2</sub>
ScF<sub>3</sub>
Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
AlF<sub>3</sub>
KF (KHF<sub>2</sub>)*
tл
tкр
Δt
1
87
13
-
-
-
-
647
618
29
2
83
17
-
-
-
-
644
626
18
3
87
13
2.5
-
-
-
653.5
642.7
10.8
4
87
13
5.0
-
-
722
694
28
5
83
17
10.0
-
-
-
716
680
36
6
83
17
2.0
-
-
5.0
704
684
20
7
83
17
5.0
-
-
5.0
703
675
28
8
83
17
10.0
-
-
3.7
706
684
22
9
83
17
-
-
-
3.7
717
682
35
10
83
17
10.0
-
5.0*
738
709
29
11
83
17
10.0
-
10.0
-
709
696
13
12
83
17
-
-
10.0
-
736.6
706.2
30.4
13
83
17
-
-
5.0
-
727
705
22.0
14
83
17
-
2.0
-
5.0
709
660
49.0
15
83
17
-
5.0
-
5.0
710
655
55
16
83
17
-
5.0
-
5.0*
693
662
31
17
78
22
-
10.0
-
10.0*
692
663.7
28.3
18
83
17
-
-
-
7.4
693
671
22
19
83
17
-
-
-
10.0*
700
676.6
23.4
20
-
-
-
-
-
100.0
857.3
852.6
4.7
21
-
-
-
-
-
KCl
737
720
17.0
Примечание: Значения для чистых солей KF (№20) и КСl (№21) согласуются с табличными данными температур их плавления. Добавки SCF<sub>3</sub>, SC<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, AlF<sub>3</sub>, KF (или KHF<sub>2</sub>) указаны в мас.% от навески солей кальция.
3
2
2
Введение в состав предлагаемого флюса фтористой соли алюминия (AlF) обусловлено высокой рафинирующей способностью фторида по отношению к алюминиевым расплавам, что благоприятствует слиянию капель в расплаве солей в слиток. Последний факт подтверждается визуальным наблюдением. Введение в состав предложенного флюса кислого фтористого (гидрофторида) калия (KHF) обусловлено его способностью плавиться при 239°С и разлагаться в интервале температур 400-500°С. При разложении KHF выделяется фтористый водород, способствующий удалению следов влаги. Влага, присутствующая в солевой системе, приводит к наводораживанию лигатуры.
Не доверяя полуколичественному определению растворимости фторида и оксида скандия в соли по закону Вант-Гоффа, ввиду некоторого смещения состава солей за счет летучести хлорида кальция (давление пара 1 мм рт.ст. при 1100°С), нами были определены растворимости соединений скандия в рекомендованных для получения лигатуры составах солей (табл.5).
Таблица 5
Растворимость фторида и оксида скандия в расплаве солей CaCl<sub>2</sub>+CaF<sub>2</sub> в зависимости от температуры, мас.%
Температура, °С
850
900
1000
1100
ScF<sub>3</sub>
6.0
7.7
>14.7
Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2.5
-
5.37
9.5
Примечание: По данным ДТА растворение оксида скандия наступает при температуре выше 740°С. Данные по растворимости получены путем выдержки солевой смеси в закрытом платиновом тигле при температуре 1100°С в течение 30 минут, затем часовой выдержке при выбранной температуре и последующего отбора пипеткой верхнего слоя расплава для химического анализа на скандий.
2
4
2
7
4
3
Введение фторида или кислого фторида калия (KHF) на растворимость соли скандия, вероятно, мало влияет. Тетрафторскандиат калия (KSCF) плавится при 810°С, а соединение KSCF разлагается на KSCF и SCF при температуре выше 826°С (Sobolev В.Р. The rare earth trifluorides. Pt.1. The light temperature chemistry of the rare earth trifluorides. Barselona. Spain: Institute d'Estudis Catalans, 2000; Соколова Ю.В., Черепанин P.H., Сагалова Т.Б. Изв. ВУЗов. Цветная металлургия, 2006. №2. С.40-44.).
2
2
Предлагаемый флюс на основе CaCl+CaF имеет значительно более низкую летучесть по сравнению с флюсами на основе NaF+KCl, особенно при температуре выше 850°С:
Состав, мас.%
Температура, °С
Летучесть · 10<sup>4</sup>, г/см<sup>2</sup>·мин
70CaCl<sub>2</sub>+30CaF<sub>2</sub>
850/950
0.8/3.2
90CaCl<sub>2</sub>+10CaF<sub>2</sub>
850/950
1.4/4.8
67CaCl<sub>2</sub>+21CaF<sub>2</sub>+12ScF<sub>3</sub>
850/950/1000
2.6/7.9/15.8
65CaCl<sub>2</sub>+17CaF<sub>2</sub>+8AlF<sub>3</sub>+10ScF<sub>3</sub>
850/950/1000
2.4/8.8/17.0
70KCl+12NaF+18ScF<sub>3</sub>
850/950
18.6/28.5
67KCl+18NaF+10AlF<sub>3</sub>+5Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
850/950/1000
18.0/32.0/52.8
Определение натрия в лигатуре представлено в табл.6.
Таблица 6
Содержание натрия в слитках лигатуры
Элемент,мас.%
Алюминий гранулированный ЧДА (А999), не фильтровали
А85, фильтровали
А999, фильтровали
1
2
3
4
5
6
7
Na·10<sup>4</sup>
8.6
4.7
3.2
3.3
3.5
2.8
2.7
Примечание: №№1 лигатура получена по патенту РФ №2213795, №№2-7 - по предлагаемому способу.
2
2
2
Предлагаемые количественные пределы содержания солей во флюсе объясняются следующими причинами. Содержание фторида кальция менее чем 10 мас.% ведет к понижению растворимости оксида скандия, повышению уноса хлористого кальция как более летучего компонента, а также выпадению кристаллов β фазы (температура плавления чистого хлористого кальция равна 773°С). Содержание фторида кальция более чем 35 мас.% приводит к выпадению твердой фазы CaCl·CaF при 750°С, а температура ликвидуса в этой бинарной системе далее резко возрастает (температура плавления CaF≈1400°C). Содержание фторида алюминия менее чем 2 мас.% сказывается на степени слияния капель жидкого металла. Так, отсуствие фторида алюминия в солевой смеси обусловливает плохое слияние жидких капель сплава в общую массу, в этом случае наряду со слитком получают отдельные гранулы сплава, что в конечном итоге снижает степень извлечения скандия в лигатуру (см. пример 10). Увеличение его содержания более чем 10 мас.% нежелательно ввиду большого расхода и повышенного уноса в связи с его летучестью (давление пара чистого фторида алюминия при 950°С равно 1 мм рт.ст.). Содержание фторида скандия менее чем 2 мас.% ведет к снижению металлургического выхода и пониженному содержанию скандия в лигатуре (<1,5% Sc). Увеличение содержания более чем 20 мас.% приводит к появлению твердой фазы и возможньм потерям при сливе расплава солей. Содержание оксида скандия менее чем 2 мас.% не обеспечивает получения стандартной лигатуры (Al2%Sc). Содержание оксида скандия более чем 8 мас.% нежелательно, поскольку значительная часть этого оксида остается не растворимой в условиях проведения процесса и приводит к излишним потерям.
Устройство для осуществления способа получения лигатуры алюминий-скандий изображено на чертеже. Устройство содержит футерованный боросилицированным графитом тигель (1) для алюминия. Тигель (1) имеет дырчатое дно (4), например, дно может быть снабжено сквозными отверстиями (4) диаметром 3,0-3,5 мм с шагом 10-15 мм, расположенными параллельными диаметральными рядами. Дырчатое дно, необязательно, покрыто одним или двумя слоями графитированного материала (3). В качестве графитированного материала могут быть использованы ткани ТМП-4, ТГН-2М, ТМП-3 или войлок ВИТ-1. Тигель (5) для расплава галогенидных солей, в который поступает фильтрат из тигля (1), расположен под тиглем (1), и оба тигля (1) и (5) помещены в герметичную емкость (6), выполненную из нержавеющей стали. Емкость (6) снабжена печью сопротивления (7) и имеет отверстие (9) в нижней части, соединенное с форвакуумным насосом.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Готовят флюс для получения лигатуры алюминий-скандий, содержащий фторид и хлорид кальция, фторид алюминия, фторид или оксид скандия и необязательно гидрофторид калия в пределах предлагаемого массового содержания компонентов, путем смешения хорошо высушенных исходных солей. Смесь солей помещают в тигель (5). В тигель (1), имеющий дырчатое дно(4), которое, необязательно, покрыто одним или двумя слоями графитированной ткани (3), помещают слиток алюминия. Включают нагрев и по достижении температуры 850-900°С включают форвакуумный насос для создания разряжения в объеме герметичной емкости (6). После того как расплавленный алюминий в виде капель, полученных его фильтрованием через дырчатое дно тигля (1), поступает в тигель (5), полученный расплав выдерживают в течение 10 мин при температуре 850-900°С. После выдержки расплав солей сливают в тигель, а жидкий алюминий выливают в чугунную изложницу, покрытую для предупреждения загрязнений гексагональным нитридом бора. Охлажденный слиток алюминиевого сплава (лигатуры) отмывают от остатков солей в вибрационной ванне со слабой соляной кислотой (1-5%), маркируют и анализируют. Также определяют содержание скандия в солевой массе.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
2
2
3
3
Пример 1. Готовят смесь высушенных солей: 35 г СаСl (58,3 мас.%), 16 г СаF (26,7 мас.%), 6 г АlF (10 мас.%), 3 г ScF (5 мас.%). Смесь перемешивают и растирают в ступке. Затем помещают в тигель БСГ-30 (⌀60, h 80, S~8 мм). В тигель, установленный сверху, дно которого имеет отверстия 03.5 мм с шагом 15 мм, и покрыто графитированной тканью ТГН-2М, помещают слиток алюминия (А85) массой 51 г. С достижением температуры 850°С емкость, в которую помещены тигли, подключают к форвакуумному насосу. После поступления алюминия в нижний тигель расплав алюминия в солевом расплаве выдерживают в течение 10 минут. Затем расплав солей сливают в тигель, а жидкий алюминиевый сплав выливают в чугунную изложницу, покрытую для предупреждения загрязнений гексагональным нитридом бора (BN).
Охлажденный слиток алюминиевого сплава (лигатуры) отмывают от остатков солей в вибрационной ванне со слабой соляной кислотой (1-5%), маркируют и анализируют. Также определяют содержание скандия в солевой массе.
Получены следующие результаты:
Исходное содержание Sc в смеси солей (по расчету) - 1,32 г.
Конечное содержание в соли - 0,26 г.
Содержание в лигатуре 2.15% Sc.
Получено лигатуры - 49,5 г.
Всего перешло в лигатуру 0,0215·49,5=1,06 г или 80.6% от исходного.
2
2
2
3
3
Пример 2. Способ осуществляют, как описано в примере 1, но для получения расплава галогенидных солей используют тигель большего размера (тигель марки БСГ-30 (ǿ100, h 80, S~10 мм). Состав исходного флюса: 35 г СаСl (63,0 мас.%), 15 г CaF (27,0 мас.%), 1,5 г АlF (2,0 мас.%), 4,5 г ScF (8,0 мас.%)), и алюминий марки А85 взят в количестве 100 г. Выдержка при 850°С после фильтрования расплава алюминия составляет 10 минут.
Получены следующие результаты:
В исходной смеси солей скандия - 1.98 г.
Содержание скандия в лигатуре 1,8%.
В сплав перешло 0.018·98.5=1.78 г Sc.
Осталось в соли (с учетом потерь) 0.21 г Sc.
Прямой выход в сплав скандия составил 89.8%.
2
2
3
Пример 3. Способ осуществляют, как описано в примере 1. Состав исходного флюса: 46 г СаСl (66,2 мас.%), 20 г CaF (28,8 мас.%), 2 г AlF (3 мас.%), 2.5 г ScF3 (2,0 мас.%), и алюминия (А85) берут 50 г. Выдержка после фильтрования алюминия при 850°С через ткань ТГМ-2 составляет 10 мин.
Получены следующие результаты:
В исходной смеси солей скандия взято 0.98 г.
Содержание Sc в сплаве 1.7%.
В сплав перешло 0.017·46.5=0.79 г Sc.
Прямой выход в сплав составил 80.7%.
2
2
3
2
3
Пример 4. Способ осуществляют, как описано в примере 1. Состав исходного флюса: 35 г СаСl (54,7 мас.%), 15 г CaF (23,4 мас.%), 5 г AlF (7,8 мас.%), 3.2 г KHF (5,0 мас.%), 4.0 г ScF (6,5 мас.%) и алюминия (А85) - 90 г. Выдержка при 850°С после фильтрования составляет 10 минут.
Получены следующие результаты:
Содержание скандия в сплаве 1.75%.
В сплав перешло 0.017·87=1.48 г Sc.
Прямой выход скандия в лигатуру - 84%.
2
2
3
2
2
3
Пример 5. Способ осуществляют, как описано в примере 2. Состав исходного флюса: 30 г СаСl (62,6 мас.%), 10 г CaF (20,8 мас.%), 2,3 г AlF (4,9 мас.%), 2 г KF (4,9 мас.%), 3.7 г ScO (8,0 мac.%) (2.41 г Sc), и алюминия (А85) взято 92 г. Выдержка при 850°С составляет 10 минут.
Получены следующие результаты:
Содержание Sc в сплаве 2.15%.
Получено лигатуры 89,5 г.
В лигатуре скандия 0.0215·89,5=1.93 г.
Прямой выход скандия - 79,8%.
2
2
3
3
Пример 6. Способ осуществляют, как описано в примере 5. Состав исходного флюса: 45 г СаСl (80,9 мас.%), 5,6 г CaF (10 мас.%), 2.5 г AlF (4.5 мас.%), 3.7 г KF (3,7 мас.%), 2.5 г ScF, (4.5 мас.%), и алюминия (А85) взято 52 г. Выдержка при 900°С составляет 20 минут.
Получены следующие результаты:
В исходной соли содержалось 1.10 г Sc. Содержание Sc в сплаве 1.92%.
Содержание в лигатуре 0.019·48,0=0.91 г Sc.
Прямой выход скандия - 82.7%.
2
2
3
3
Пример 7. Способ осуществляют, как описано в примере 3. Состав исходного флюса: 23 г СаСl (46 мас.%), 17 г CaF (34 мас.%), 10 г ScF (20 мас.%), 2.5 г AlF (2,5 мас.%) и алюминия марки ЧДА взято 150 г. Фильтрование осуществляют с использованием одного слоя графитированной ткани ТГМ-2, выдержка при 800°С в течение 15 минут.
Получены следующие результаты:
В исходной соли содержалось 4.41 г Sc.
Содержание Sc в сплаве 2.6%.
Содержание в лигатуре 0.026·147=3.83 г Sc.
Прямой выход в лигатуру - 86.7%.
-4
Содержание натрия в лигатуре 2.7·10%.
2
3
3
2
Пример 8. Процесс проводят в тиглях большого размера (марка БСГ-30, ǿ 120, h 140, S 15 мм), на дырчатое дно тигля помещают графитированную ткань ТГН-2М в два слоя. Состав флюса: 54 г СаСl (35 мас.%), 10 г AlF (6,5 мас.%), 20 г ScF (13 мас.%), 70 г СаСl (45,5 мас.%) и алюминия марки А85 взято 400 г. Выдержка при 850°С составляет 15 минут.
Получены следующие результаты:
В исходной смеси солей скандия взято 8.82 г.
Содержание Sc в сплаве 2.02%.
Получено лигатуры 393 г.
Содержание в лигатуре скандия 0.0202·393=7.94 г Sc.
Прямой выход скандия - 90%.
-3
-4
Содержание натрия в исходном А85 было 3.5·10%, в лигатуре натрия 3.5·10%.
2
3
3
2
Пример 9. Способ осуществляют, как описано в примере 3. Состав флюса: 30 г CaF (30 мас.%), 9 г AlF (9 мас.%), 2 г ScF (2 мас.%), 59 г СаСl (59 мас.%). Гранулированного алюминия марки ЧДА взято 50 г. Выдержка при 800°С составляет 15 минут.
Получены следующие результаты:
В исходной смеси солей скандия взято 0.88 г.
Содержание Sc в сплаве 1.6%.
Получено лигатуры 48 г
Содержится скандия в лигатуре 0.016·48=0,768 г.
Прямой выход скандия - 87,3%.
2
3
Пример 10. Способ осуществляют, как описано в примере 1. Состав исходного флюса: 35 г СаСl (63,6 мас.%), 5 г ScF (9,1 мас.%). Выдержка при 850°С составляет 10 минут.
Отсутствие фторида алюминия в исходном флюсе обусловило плохое слияние жидких капель сплава в общую массу. Наряду со слитками получено 5 гранул сплава (размером с горошину). Для определения химсостава лигатуры проведен переплав лигатуры в отсутствии солей.
Получены следующие результаты:
3
Исходное содержание SCF в соли (по расчету) - 9.1%.
Конечное содержание в соли - 2.40%.
Содержание в лигатуре 2.85% Sc.
Всего перешло в лигатуру 0.0285·58.0=1.65 г Sc, что составило 75.1% от исходного.
Таким образом, авторами предлагается способ получения лигатуры алюминий-скандий, флюс для получения этой лигатуры и устройство для осуществления предлагаемого способа, которые обеспечивают высокую чистоту конечного продукта по примеси натрия наряду с высоким извлечением в него скандия.