РАСПЛАВЛЕННЫЕ СОЛИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТРОНЦИЙСОДЕРЖАЩИХ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
MELTED SALTS FOR PURIFICATION OF STRONTIUM CONTAINING MAGNESIUM ALLOYS

Область изобретения
Изобретение относится к расплавленной соли для очистки магниевых сплавов, особенно стронцийсодержащих магниевых сплавов, точнее относится к расплавленной соли для очистки магниевых сплавов с эффективным удалением примесей и сведением к минимуму потери стронция из расплава стронцийсодержащего магниевого расплавленного сплава.
Предпосылки изобретения
Стронцийсодержащие магниевые сплавы заслуживают внимания как материалы будущего поколения вследствие их легкости, высокой прочности и высоких характеристик ползучести даже при высоких температурах при образовании стронцийсодержащих интерметаллических соединений при их литье.
Основываясь на этих свойствах, применение Mg-Al-Sr сплавов в деталях автомобилей или самолетов, в частности продуктов высокотемпературных магниевых сплавов, в наши дни резко увеличивается. Такие детали производят плавлением слитка Mg-Al-Sr магниевого сплава в печи и затем главным образом проведением литья в постоянные формы. Таким образом, для того чтобы производить конечные продукты высокого качества, существенным является получение высококачественного слитка Mg-Al-Sr магниевого сплава.
3
2
2
4
Слиток магниевого сплава получают таким образом, что слиток магния с содержанием основного вещества по меньшей мере 99% плавят при приблизительно 700°С в печи, прибавляют легирующий металл высокой степени чистоты, включая Аl или Zn, таким образом регулируя конечный состав сплава, и затем дают возможность затвердеть в форме слитка магниевого сплава. Однако так как магний весьма чувствителен к кислороду, при плавлении его в печи и прибавлении легирующего металла неизбежно образуются различные примеси и включения, в том числе MgO, MgN, MgAlO, интерметаллические соединения и т.д. Кроме того, поскольку такие включения имеют удельный вес, близкий к расплавленному магнию, отделение их посредством флотации или осаждения требует продолжительного периода времени. Следовательно, с целью увеличения производительности при получении магниевого сплава необходимо уменьшить продолжительность времени, требуемого для удаления включений. С этой целью включения подвергают флотации и отделяют их путем барботирования газа, например аргона, с прибавлением на поверхность расплавленного магния расплавленной на основе хлорида соли с тем, чтобы адсорбировать и удалить включения. Кроме того, некоторые расплавленные соли с более высоким удельным весом, чем у магния, ответственны за адсорбцию и удаление различных примесей, осажденных в расплавленном магнии.
2
2
2
2
Например, расплавленная соль, применяемая для получения магниевого сплава, представляет собой CaCl-MgCl. Хотя состав расплавленной соли несколько изменяется в зависимости от производителя, CaCl и MgCl используются в больших количествах.
Для получения слитка Mg-Al-Sr магниевого сплава к расплавленному магнию прибавляют стронций высокой степени чистоты с тем, чтобы он равномерно расплавился. Стронций с температурой плавления 777°С в расплавленном около 700°С магнии плавится в течение продолжительного периода времени. Поэтому после прибавления стронция в печи предусматривается наличие пропеллерной мешалки или шнека с тем, чтобы, применяя вращательное движение, уменьшить время плавления стронция.
Описание изобретения
Техническая проблема
Однако во время рабочего процесса после того, как стронций расплавился, различные примеси, которые осаждаются в расплавленном магнии или плавают на его поверхности, внедряются в расплав магниевого сплава и, к сожалению, требуется продолжительный период времени для их удаления. В случае если для удаления таких примесей применяется широко используемая в настоящее время расплавленная соль, стронций плавится и соединяется с расплавленной солью и, таким образом, концентрация стронция в магнии значительно снижается.
Таким образом, чтобы увеличить производительность при получении слитка стронцийсодержащего магниевого сплава, следует разработать новый состав расплавленной очищающей соли.
Данное изобретение было создано с учетом вышеприведенных проблем, имеющих место в родственной области, и оно предлагает расплавленную соль для очистки магниевых сплавов, которая может эффективно удалить примеси при минимальной потере стронция при получении стронцийсодержащих магниевых сплавов.
Техническое решение
2
2
В соответствии с данным изобретением расплавленной солью для очистки магниевых сплавов может быть двойная расплавленная соль LiCl-KCl, тройная расплавленная соль LiCl-KCl-NaCl или двойная или тройная расплавленная соль, содержащая 20% или менее MgCl или CaCl от общего веса состава.
Расплавленная соль в рабочем процессе может содержать 10% (вес.) или менее примесей, таких как хлориды, фториды, нитриды или оксиды Fe, Al, Rb, La, Ce, Nd, Ba, Br, Sr, Cs, Mn, Co, Ni, Zn и Cr или интерметаллические соединения.
Состав расплавленной соли для очистки магниевых сплавов в соответствии с данным изобретением получают на основе следующего принципа.
2
2
Полагают, что плавление стронция в расплаве магниевого сплава и соединение с ним происходит вследствие замены MgCl (хлорида магния) в расплавленной соли с тем, чтобы он, таким образом, плавился в форме SrCl (хлорида стронция) в расплавленной соли, как ниже представлено реакцией.
Реакция 1
2
2
MgCl (расплавл. соль)+Sr (Mg сплав)→Mg (Mg сплав)+SrCl (расплавл. соль)
2
2
2
2
2
2
2
Основанием протекания вышеприведенной реакции является то, что SrCl более термодинамически стабилен, чем MgCl. Сравнивая их термодинамические стабильности, расплавленные соли могут быть более стабильными относительно LiCl в последовательности MgCl<CaCl<NaCl<SrCl<KCl<LiCl. Таким образом, если для очистки магниевых сплавов применяется расплавленная соль, она должна иметь минимальное содержание MgCl или CaCl, тогда полагают, что потеря стронция будет минимальной.
Кроме того, чтобы эффективно удалить различные примеси из расплава расплавленного магниевого сплава с помощью расплавленной соли, расплавленная соль при температурах, которые применяются для очистки расплава, должна присутствовать в виде раствора. Сама по себе расплавленная соль должна иметь низкую вязкость (т.е. высокую подвижность) с тем, чтобы скорость реакции расплавленной соли была бы высокой в расплаве расплавленного магниевого сплава и примеси удалялись бы в течение короткого времени. Расплавленная соль с низкой вязкостью обычно имеет низкую температуру плавления.
Преимущества
Если расплавленная соль для очистки магниевых сплавов составлена так, как описано выше, то при получении стронцийсодержащего магниевого сплава можно эффективно удалить примеси и также можно свести к минимуму потерю стронция.
Способ осуществления изобретения
Составы солей, способных эффективно удалить примеси при сведении к минимуму потери стронция в расплавленном магнии на основе фактов, описанных в техническом решении, были оценены и апробированы. Среди различных экспериментальных данных результаты для некоторых составов, соответствующих цели данного изобретения, приведены ниже в таблице. Ниже, если не указано особо, % относится к вес.%.
В условиях проведения опыта магниевый сплав состоял из 96% Mg-3 % Al-1% Sr, весовое соотношение магниевого сплава к расплавленной соли составляло 10:1 и рабочая температура составляла 700°С. Кроме того, после реакции с расплавленной солью исследовали составы магниевого сплава и составы расплавленной соли и, таким образом, определяли степень потери стронция.
2
2
Как следует из таблицы, в сравнительных примерах 1 и 2, включая расплавленные соли MgClи CaCl в качестве основных компонентов, наблюдалось, что основное количество стронция, первоначально используемое в магниевом сплаве 96% Mg - 3% Al - 1% Sr, терялось и, таким образом, оставалось в количестве 1 pmm (одна часть на миллион) или менее.
Однако в примере 1, применяя бинарную расплавленную соль из 45% LiCl - 55% KCl, магниевый сплав после реакции имел состав 96% Mg - 3% Al - 0,99% Sr - 0,01 K, из которого потеря стронция, по-видимому, составляла только приблизительно 0,01%. Как таковой соответствующий состав расплавленной соли составлял 35-55% LiCl - 45-65% KCl.
В примере 2, применяя тройную расплавленную соль 41% LiCl - 50% KСl - 9% NaCl, магниевый сплав после реакции имел состав 96,1% Mg - 3% Al - 0,79% Sr - 0,11 Na, из которого потеря стронция, по-видимому, составляла приблизительно 0,21%. Таким образом, в этой связи было показано, что приемлем состав расплавленной соли с содержанием LiCl и KCl в весовом соотношении 0,6~1,5:1, содержащий 15% или менее NaCl от общего веса расплавленной соли.
2
2
2
2
В примере 3, применяя 42,5% LiCl - 52,5% KCl, содержащую 5% CaCl, магниевый сплав после реакции имел состав Mg - 3 Al - 0,63 Sr - 0,17 Ca, из которого потеря стронция, по-видимому, составляла приблизительно 0,37%. Далее в примере 4, применяя расплавленную соль из 42,5% LiCl - 52,5% KCl, содержащую 5% MgCl, магниевый сплав после реакции имел состав Mg - 3 Al - 0,54 Sr, из которого потеря стронция, по-видимому, составляла приблизительно 0,46%. В этой связи можно заметить, что потеря стронция в расплаве расплавленного магниевого сплава эффективно поддерживалась на уровне не более 50%, если расплавленная соль была составлена так, что LiCl и KCl содержались в весовом соотношении 0,4~1,7:1 и включали 20% или менее CaCl или MgCl и 15% или менее NaCl от общего веса расплавленной соли.