СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-ТИТАН (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR OBTAINING ALUMINIUM-TITANIUM ALLOY COMBINATION (VERSIONS)

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано, в частности, для получения лигатур для производства сплавов на основе алюминия.
Модифицирующие и одновременно легирующие элементы в алюминиевые сплавы, как правило, вводят в виде лигатур - промежуточных сплавов алюминия с упомянутыми элементами. Лигатуры должны хорошо растворяться в жидком алюминии, иметь однородный химический состав и достаточно дисперсные включения первичных интерметаллидов.
Для получения алюминиевых сплавов, в частности АМг6, Д16, АДО, используют лигатуру алюминий-титан.
Известен способ получения лигатуры алюминий-титан путем введения титана в алюминиево-титановый расплав с исходной концентрацией титана 4-5 мас.% при температуре расплава на 150-350°C ниже температуры ликвидуса с доведением его концентрации в расплаве до 7,2-13,7 мас.%, после чего расплав разбавляют алюминием до исходной концентрации титана, а при разливке лигатуры оставляют часть расплава, равную 0,33-0,54 общего его объема, которую используют в качестве алюминиево-титанового расплава для введения титана (авторское свидетельство СССР №1836471, C22C 1/03, 23.08.1993). Получаемая лигатура имеет концентрацию титана 4-5 мас.%. Недостатком известного способа является высокая себестоимость лигатуры вследствие использования дорогих чистых компонентов, а также его многостадийность.
Известен способ получения лигатуры алюминий - титан алюмотермическим восстановлением оксида титана в присутствии бифторида щелочного металла (натрия или калия) и хлорида щелочного металла, в частности хлорида калия в качестве флюса при соотношении бифторида щелочного металла к оксиду титана от 4:1 до 2:1 (патент США №2955935, C22C 21/00, 11.10.1960). Известен также способ получения лигатуры алюминий-титан алюмотермическим восстановлением фтортитаната калия при температуре 750-770°C с получением сфероидальных интерметаллидов. К недостаткам описанных способов можно отнести получение лигатуры с крупными до 300 мкм интерметаллидами, а также высокий процент безвозвратных потерь титана.
Задачей изобретения является получение однородных слитков лигатуры с размерами интерметаллидов до 15-30 мкм, снижение безвозвратных потерь титана до 7-9%, улучшение экологических характеристик процесса.
Техническим результатом изобретения является повышение качества получаемых сплавов на основе алюминия при снижении количества лигатуры.
Технический результат для первого варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающем алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фторид титана, хлорид калия и фторид натрия, восстановление осуществляют при температуре 850-1150°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:
Фторид титана
16-29
Хлорид калия
51-75
Фторид натрия
9-21
Технический результат для второго варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую оксид титана, фторид алюминия, фторид натрия и хлорид калия, восстановление осуществляют при температуре 850-1150°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:
Оксид титана
7-15
Фторид алюминия
7-15
Фторид натрия
10-20
Хлорид калия
51-75
Технический результат для третьего варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающем алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фтортитанат или оксифтортитанат щелочного или щелочноземельного металла и хлорид натрия или калия, восстановление осуществляют при температуре 800-1050°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:
Фтортитанат или оксифтортитанат
щелочного или щелочно-земельного
металла
25-49
Хлорид калия или натрия
остальное
Для предохранения от окисления и насыщения водородом, а также для интенсификации процесса, в каждом из вариантов предусмотрено осуществление восстановления под слоем хлоридного покровного флюса, проведение выдержки в течение 15-30 минут, а в качестве покровного хлоридного флюса использование флюса, содержащего хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Хлорид калия
42-45
Хлорид натрия
остальное
Введение в расплавленный алюминий галогенидов щелочных металлов (фторида натрия и хлорида калия), а также введение или образование в процессе восстановления фтортитаната щелочного или щелочноземельного металла, фторида алюминия обеспечивает ускорение растворения образовавшегося титана в алюминии, упрощение технологии.
Заявленные соотношения компонентов смеси, вводимых в расплав алюминия для восстановления, обеспечивают получение богатой по титану лигатуры. Содержание титана в лигатуре составляет 10 мас.%.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 870°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 43 мас.% хлорида калия и 57 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:
Хлорид калия
60
Фторид натрия
15
Фторид титана
25
После расплавления смеси температура снижается до 820°C. Расплав выдерживают в течение 20 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti с извлечением последнего 93%.
Примеры 2-6 проводились аналогично примеру 1. Данные в таблице 1.
Пример 7
В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 880°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 44 мас.% хлорида калия и 56 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:
Хлорид калия
65
Фторид натрия
10
Фторид алюминия
15
Оксид титана
10
После расплавления смеси температура снижается до 830°C. Расплав выдерживают в течение 20 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti - с извлечением последнего 92%.
Примеры 8-12 проводились аналогично примеру 7. Данные в таблице 2.
Пример 13
В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 850°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 44 мас.% хлорида калия и 56 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:
Фтортитанат калия
40
Хлорид калия
60
После расплавления смеси температура снижается до 800°C. Расплав выдерживают в течение 25 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti - с извлечением последнего 91%.
Примеры 14-15 проводились аналогично примеру 13. Данные в таблице 3.
Примеры 16-17 проводились аналогично примеру 13. Данные в таблице 4.
Полученную лигатуру использовали для получения алюминиевого сплава. Количество лигатуры для получения соответствующего сплава представлено в таблице 4.
Таблица 5.
Марка сплава
Содержание титана, %
Расход лигатуры на тонну сплава, кг/т
АМг6
0,02-0,1
2-10
Д16
0,02-0,1
2-10
АД0
0,02-0,05
2-5