Патент на изобретение №2208656

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению лигатур. Способ включает смешивание грубых порошков активных металлов дисперсностью 0,1-3,0 мм с последующим прессованием. Полученный брикет имеет плотность 0,50-0,95 от теоретической плотности смеси порошков активных металлов. При нагревании в расплаве обрабатываемого металла происходит синтез компонентов брикета. Предлагаемое изобретение упрощает технологический цикл получения лигатуры из порошков активных металлов, имеющих высокое давление паров и/или легкоокисляющихся на воздухе. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к металлургии, а именно к изготовлению лигатур.

Известны способы получения лигатур путем сплавления исходных компонентов (патент РФ 2040573), замешивания компонентов на жидком стекле с последующей сушкой (патент РФ 2059014) и другие. Недостатком данных способов является сложность получения лигатур, содержащих активные металлы (например, кальций, цирконий, ниобий и другие), из-за их окисления на воздухе при плавке или из-за взаимодействия компонентов шихты (например, кальция с жидким стеклом)
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения алюмолитиевых сплавов, включающий смешивание порошков, прессование брикета и проведение синтеза сплава (патент РФ 1804135 от 05.03.91).

Недостатком указанного способа является сложность технологии получения лигатуры. Это обусловлено тем, что с целью расширения диапазона концентрации компонентов и ускорения процесса синтеза необходима механохимическая активация порошков в инертной среде. Кроме того, в процессе прессования используют тонкодисперсные порошки с размерами частиц от 1 до 160-355 мкм.

Предлагаемое изобретение решает задачу упрощения технологического цикла получения лигатуры из порошков активных металлов, лсгкоокисляющихся на воздухе и/или имеющих высокое давление паров.

Технически это достигается тем, что по предлагаемому способу, включающему смешивание порошков, прессование брикета и синтез компонентов полученного брикета, в отличие от известного способа осуществляют прессование смеси грубых порошков активных металлов дисперсностью 0,1-3,0 мм до плотности 0,50-0,95 от теоретической плотности смеси порошков активных металлов, а синтез компонентов полученного брикета производят при нагреве его в расплаве обрабатываемого металла.

Получение грубых порошков является сравнительно малотрудоемким и простым процессом. При прессовании таких порошков до плотности 0,50-0,95 от теоретической плотности смеси металлов достигается достаточно плотный контакт частиц. Это позволяет осуществить взаимодействие компонентов с образованием лигатуры при нагреве полученного прессованием брикета в расплаве обрабатываемого металла. Таким образом, технология получения лигатуры значительно упрощается.

Из-за низкой прочности брикета, имеющего плотность менее 0,5 от теоретической, происходит его рассыпание как при механическом воздействии (например, при транспортировке), так и при термических – в расплаве обрабатываемого металла из-за разного линейного расширения частиц и увеличения давления газов в порах брикета.

Для получения брикета с плотностью более 0,95 от теоретической требуется сложное специальное оборудование, что значительно удорожает технологию. Кроме того, из-за увеличения времени прессования снижается производительность процесса.

Таким образом, плотность брикета 0,50-0,95 от теоретической является оптимальной и достаточной для синтеза компонентов при нагреве.

Металлы, имеющие высокое давление паров и/или легкоокисляющиеся на воздухе, при образовании сплавов с труднолетучими и пассивными металлами снижают свою активность. При этом значительно повышается степень усвоения активных металлов в расплаве и снижаются нормы их расхода.

Для дополнительной защиты от окисления и/или испарения активных компонентов брикет может иметь плакирующий слой пассивного металла, полученный при прессовании. Это достигается тем, что перед прессованием на дно цилиндрической матрицы насыпают слой порошка пассивного компонента. На данный слой устанавливают тонкостенную трубу. Далее проводят засыпку порошка пассивного металла в зазор между трубой и стенкой матрицы, а внутрь трубы – смеси порошков. Далее трубу извлекают и досыпают сверху порошок пассивного металла. После прессования получают плакированный цилиндрический брикет. Если плакирующий слой располагают неаксиально, то в цилиндрическом брикете создается смещение центра тяжести. Благодаря этому брикет имеет заданную ориентацию относительно зеркала расплава. Верхняя часть брикета, не погруженная в расплав, не расходует пассивный металл плакирующего слоя. Поэтому активный компонент, погруженный в расплав, не контактирует с атмосферой и в большей степени усваивается обрабатываемым металлом.

В проанализированных источниках патентной и технической литературы технических решений, обладающих совокупностью всех существенных признаков заявляемого изобретения не выявлено.

Пример 1
К медному порошку, полученному механическим измельчением слитка меди марки М2, добавили порошок циркония, полученный электролизом фторцирконата калия, в соотношении Сu:Zr=6:1(по массе). Средний размер частиц медного порошка составлял 0,50 мм, циркониевого – 0,51мм. После смешивания порошков полученную смесь подвергли прессованию под давлением 750 кг/см² в цилиндрической пресс-форме. Частицы циркония оказались в плотном контакте с медной основой. Плотность полученного брикета составила 6,96 г/см³, что составило 0,81 от теоретического значения.

Синтез сплава с образованием интерметаллических соединений начинался, по данным рентгенофазового анализа, при нагреве брикета до 1060^oС. При обработке расплава меди (Т=1120^oС) образующейся в брикете лигатурой степень усвоения циркония повысилась на 23% по сравнению с обработкой циркониевыми брикетами.

Пример 2
Алюминиевый порошок, полученный механическим измельчением слитка алюминия марки Аl, смешали с порошком кальция, полученным также измельчением дистиллята кальция, в соотношении Al:Са=7:3 (по массе). Средний размер частиц алюминиевого порошка составлял 0,21мм, кальциевого – 0,87 мм. После прессования полученной смеси в цилиндрической пресс-форме под давлением 890 кг/см² были получены брикеты с плотностью 1,70 г/см³, что составило 0,72 от теоретического значения. Структура брикета состояла из частиц кальция, имевших развитую поверхность, в алюминиевой основе.

Синтез сплава с образованием интерметаллических соединений СаАl₂ и СаАl₄ происходил, по данным рентгенофазового анализа, при нагреве брикета до 630^oС. Полученная после нагрева лигатура состояла из фаз интерметаллидов и сравнительно небольшого количества остаточных фаз алюминия и кальция.

При обработке расплава алюминия (Т=700^oC) образующейся в брикете лигатурой степень усвоения кальция повысилась на 15% по сравнению с обработкой кусками кальциевого дистиллята.

Пример 3
При получении брикета с плакирующим слоем использовали алюминиевый и кальциевый порошки, имеющие средний размер частиц 0,23 и 0,88 мм соответственно, полученные механическим измельчением из слитков. В нижнюю часть цилиндрической пресс-формы насыпали алюминиевый порошок слоем 10 -12 мм. Затем установили тонкостенную алюминиевую трубу коаксиально цилиндрической матрице. В зазор между стенкой матрицы и трубой провели засыпку алюминиевого порошка, а внутрь трубы – смеси порошков алюминия и кальция в соотношении 3: 2 (по массе). Далее трубу извлекли из пресс-формы и досыпали сверху алюминиевый порошок слоем 10-12 мм. После прессования под давлением 870 кг/см² был получен цилиндрический брикет, имевший плакирующий слой алюминия толщиной 2-3 мм на боковой стенке и 3-4 мм на торцах. Плотность образцов, отобранных из средней части брикета, составила 1,51 г/см³ и с поверхности брикета – 1,93 г/см³. Данные значения соответственно равны 0,71 от плотности алюминия и 0,67 от теоретической плотности смеси.

При обработке расплава алюминия (Т=700^oС) полученным брикетом степень усвоения кальция повысилась на 21% по сравнению с обработкой кусками кальциевого дистиллята.

Пример 4
При получении брикета с плакирующим слоем, расположенным неаксиально, использовали алюминиевый и кальциевый порошки, имеющие средний размер частиц 0,25 и 0,85 мм соответственно, полученные механическим измельчением из слитков. В нижнюю часть цилиндрической пресс-формы насыпали алюминиевый порошок слоем 10-12 мм. Затем установили тонкостенную алюминиевую трубу неаксиально цилиндрической матрице. В зазор между стенкой матрицы и трубой провели засыпку алюминиевого порошка, а внутрь трубы – смеси порошков алюминия и кальция в соотношении 3: 2 (по массе). Далее трубу извлекли из пресс-формы и досыпали сверху алюминиевый порошок слоем 10-12 мм. После прессования под давлением 950 кг/см² был получен брикет с разной толщиной плакирующего слоя: max-5 мм min-1 мм. Смещение центра тяжести относительно оси брикета составило 3 мм. Плотность образцов, отобранных из средней части брикета, составила 1,71 г/см³ и с поверхности брикета – 2,20 г/см³. Данные значения соответственно равны 0,76 от теоретической плотности смеси и 0,81, от плотности алюминия. При погружении в расплав алюминия (Т=700^oС) полученный брикет располагался вниз утолщенным слоем. Степень усвоения кальция повысилась на 32% по сравнению с обработкой кусками кальциевого дистиллята.

Приведенные примеры не ограничивают область применения предлагаемого изобретения. По данному способу можно получать лигатуры, содержащие ниобий, тантал, молибден и другие элементы, для обработки черных и цветных сплавов. Кроме этого, возможно получение лигатур, состоящих из трех и более компонентов. При использовании в качестве компонентов активных металлов способ позволяет изготавливать лигатуры, получение которых плавлением оказывается затруднительным или невозможным.

Формула изобретения

1. Способ получения лигатуры, включающий смешивание порошков, прессование брикета и синтез компонентов полученного брикета, отличающийся тем, что осуществляют прессование смеси грубых порошков активных металлов дисперсностью 0,1-3,0 мм до плотности 0,50-0,95 от теоретической плотности смеси порошков активных металлов, а синтез компонентов полученного брикета проводят при нагреве его в расплаве обрабатываемого металла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения цилиндрического брикета с плакирующим слоем пассивного металла перед прессованием в нижнюю часть цилиндрической пресс-формы засыпают порошок пассивного металла, затем устанавливают трубу коаксиально цилиндрической пресс-форме, в зазор между стенкой пресс-формы и трубой засыпают порошок пассивного металла, а внутрь трубы – смесь грубых порошков активных металлов, трубу извлекают из пресс-формы и досыпают сверху слой порошка того же пассивного металла.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что плакирующий слой пассивного металла в цилиндрическом брикете располагают неаксиально.