АЛЮМОТЕРМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ «МАСТЕР-СПЛАВА»

ИЗ ФТОРИДНОГО И ОКСИДНОГО СКАНДИЕВОГО СЫРЬЯ

С.П. Яценко¹, А.С. Разинкин¹, Б.В. Овсянников²

¹Институт химии твердого тела УрО РАН, г. Екатеринбург

²ОАО Каменск-Уральский металлургический завод, Свердловская обл.

Перспективными заменителями сплава АМг6 являются разработанные в РФ (ВИАМ, ВИЛС) свариваемые алюминиевые сплавы, содержащие 0,1-0,3% Sc. Более высокие прочностные, коррозионные, жаропрочностные (до 250° С) и криогенностойкие характеристики достигаются благодаря легированию сплава скандиевой лигатурой, осуществляемому без изменения технологии производства. Однако широкое применение скандийсодержащих сплавов сдерживается дороговизной лигатуры. Снизить себестоимость Al-Sc лигатуры (АСЛ) удается при использовании в синтезе менее качественных солей скандия с удалением только примесей, ухудшающих свойства конечного сплава, а процесс получения лигатуры проводить при более низких температурах расплава солей и минимальным перенапряжением выделения скандия.

Добавки хлоридов щелочных металлов к фторидным расплавам, используемым при электролизе первичного алюминия, позволяют снизить температуру плавления солей и агрессивность расплава к материалу тигля. Образующиеся фторидно-хлоридные комплексы способны растворять необходимое для проведения цементации количество оксида или фторида скандия. Термографические исследования ряда солевых смесей методом ДТА позволили выбрать оптимальные составы солевых смесей для производства «мастер-сплава» и способ производства алюминий-скандиевой лигатуры (его варианты) [Патент РФ №2124574].

Поведение примесей при использовании низкокачественного скандиевого сырья в принятых условиях получения АСЛ проводили в электропечах с использованием тиглей из стеклографита, силицированного графита и графита. Содержание Sc₂O₃ в оксидных концентратах колебалось от 21,9% до 54,3%, и выход в лигатуру составлял от 23,5 до 32,3%. Содержание в оксидном концентрате натрия было в несколько раз более высоким, чем во фторидном концентрате. Это обусловливалось осаждением из раствора гидроксидов едким натром. Содержание натрия в АСЛ при использовании такого оксидного сырья скандия не превышало его (натрия) концентрации в исходном алюминии (2Ч10^-3%). Металлургический выход скандия в лигатуру из фторидных солей значительно выше и для изученных концентратов возрастает с 37,9% (для 77% ScF₃ в сырье) до 84% (для 99,0% ScF₃). В отечественном ТУ 95.911-81 содержание натрия не регламентируется. Однако западные фирмы установили жесткие требования на натрий (Ј5Ч10^-4%). Отсюда важным является требование к исходному алюминию.

Титан, ванадий, марганец при их значительном содержании во фторидном или оксидном сырье переходят в АСЛ менее, чем 10^-2%. Кремний при исходом содержании не более 0,2% в лигатуре не превышает допустимого значения по ТУ. Перенос высокоотрицательных металлов (Ca, Ln) в лигатуру незначителен: Ca<3Ч10^-3%, Nd<0,01% (для оксида) и Nd<10^-3% (для фторида).

Укрупненные опыты получения АСЛ проводили в силицированном графитовом тигле (18 дм³) в индукционной печи. В слитках определяли усредненный химический состав. Разброс химического состава по скандию по высоте слитка (~50 мм) не превышал 10%. Содержание примесей: радиоактивных (масс.%) – тория 2Ч10^-5, урана 1,9Ч10^-4, иттрия 2,4Ч10^-4, лантана 4Ч10^-5, церия 8Ч10^-5, остальных РЗМ <1Ч10^-5 каждого. Метод анализа ICP-MS на оборудовании «Спектромасс-2000». Содержание регулируемых ТУ примесей в слитках существенно ниже. Массовая доля суммы всех примесей не более 7Ч10^-2%. Превышение размеров ИМС более 20m в интервале 2-10% (микроскоп “NEOPHOT”). Металлургический выход от теоретического составлял 84% при использовании фторида скандия (99%) и 80% для оксида скандия (99%).

Укрупненные опытные плавки подтвердили соответствие лигатуры ТУ. Технико-экономическая оценка получения Al-2%Sc лигатуры на ОПУ с использованием российского индукционного плавильного комплекса УИП-100-2.4-0.06 фирмы Reltec, ценой исходного ScF₃ 500-600 долл./кг и других расходных показателей, действующих в 2004 г., дает значение стоимости 1 кг в 30-34 долл., что более чем в 6 раз ниже по сравнению с установившимися ценами на мировых биржах металлов.
 

19.07.05