Спосіб отримання лігатури
Винахід відноситься до металургії, зокрема виготовлення лігатур. Спосіб включає змішування грубих порошків активних металів дисперсністю 0,1-3,0 мм з подальшим пресуванням. Отриманий брикет має густину 0,50-0,95 від теоретичної густини суміші порошків активних металів. При нагріванні в розплаві металу, що обробляється, відбувається синтез компонентів брикету. Пропонований винахід спрощує технологічний цикл отримання лігатури з порошків активних металів, що мають високий тиск пари та/або легкоокисляються на повітрі. 2 з.п.ф-ли.
Винахід відноситься до металургії, а саме виготовлення лігатур.
Відомі способи отримання лігатур шляхом сплавлення вихідних компонентів (патент Україна 2040573), замішування компонентів на рідкому склі з наступним сушінням (патент Україна 2059014) та інші. Недоліком цих способів є складність отримання лігатур, що містять активні метали (наприклад, кальцій, цирконій, ніобій та інші), через їх окислення на повітрі при плавці або через взаємодію компонентів шихти (наприклад, кальцію з рідким склом). заявляється способу є спосіб отримання алюмолітієвих сплавів, що включає змішування порошків, пресування брикету та проведення синтезу сплаву (патент Україна 1804135 від 05.03.91).
Недоліком зазначеного способу є складність технології одержання лігатури. Це зумовлено тим, що з метою розширення діапазону концентрації компонентів та прискорення процесу синтезу необхідна механохімічна активація порошків в інертному середовищі. Крім того, в процесі пресування використовують тонкодисперсні порошки розмірами частинок від 1 до 160-355 мкм.
Запропонований винахід вирішує задачу спрощення технологічного циклу отримання лігатури зпорошків активних металів, що лсгкоокисляються на повітрі та/або мають високий тиск парів.
Технічно це досягається тим, що пропонованим способом, що включає змішування порошків, пресування брикету і синтез компонентів отриманого брикету, на відміну від відомого способу здійснюють пресування суміші грубих порошків активних металів дисперсністю 0,1-3,0 мм до щільності 0,50-0 ,95 від теоретичної щільності суміші порошків активних металів, а синтез компонентів отриманого брикету виробляють при нагріванні його в розплаві металу, що обробляється.
Отримання грубих порошків є порівняно малотрудомістким та простим процесом. При пресуванні таких порошків до густини 0,50-0,95 від теоретичної густини суміші металів досягається досить щільний контакт частинок. Це дозволяє здійснити взаємодію компонентів з утворенням лігатури при нагріванні отриманого пресуванням брикету в розплаві металу, що обробляється. Отже, технологія отримання лігатури значно спрощується.
Через низьку міцність брикету, що має щільність менше 0,5 від теоретичної, відбувається його розсипання як при механічному впливі (наприклад, при транспортуванні), так і при термічних - у розплаві оброблюваного металу через різне лінійне розширення частинок та збільшення тиску газів у порах брикету.
Для отримання брикету із щільністю понад 0,95 від теоретичної потрібне складне спеціальне обладнання, що значно здорожує технологію. Крім того, через збільшення часу пресування знижується продуктивність процесу.
Таким чином, густина брикету 0,50-0,95 від теоретичної є оптимальною та достатньою для синтезу компонентів при нагріванні.
Метали, що мають високий тиск пари та/аболегкоокисляющіеся на повітрі, при утворенні сплавів з важколетучими і пасивними металами знижують свою активність. При цьому значно підвищується ступінь засвоєння активних металів у розплаві та знижуються норми їх витрати.
Для додаткового захисту від окислення та/або випаровування активних компонентів брикет може мати плакуючий шар пасивного металу, отриманий при пресуванні. Це досягається тим, що перед пресуванням дно циліндричної матриці насипають шар порошку пасивного компонента. На даний шар встановлюють тонкостінну трубу. Далі проводять засипку порошку пасивного металу зазор між трубою і стінкою матриці, а всередину труби - суміші порошків. Далі трубу витягають і досипають зверху порошок пасивного металу. Після пресування одержують плакований циліндричний брикет. Якщо плакуючий шар мають неаксіально, то в циліндричному брикеті створюється зміщення центру тяжіння. Завдяки цьому брикет має задану орієнтацію щодо дзеркала розплаву. Верхня частина брикету, не занурена в розплав, не витрачає пасивний метал шару, що плакує. Тому активний компонент, занурений у розплав, не контактує з атмосферою і більшою мірою засвоюється металом, що обробляється.
У проаналізованих джерелах патентної та технічної літератури технічних рішень, що володіють сукупністю всіх істотних ознак винаходу не виявлено.
Приклад 1 До мідного порошку, отриманого механічним подрібненням зливка міді марки М2, додали порошок цирконію, отриманий електролізом калію фторцирконату, у співвідношенні Сu:Zr=6:1(за масою). Середній розмір частинок мідного порошку становив 0,50 мм, цирконієвого – 0,51 мм. Після змішування порошків отриману суміш пресували під тиском 750 кг/см.2 у циліндричній прес-формі. Частинки цирконію опинилися у щільному контакті з мідною основою. Щільність одержаного брикету склала 6,96 г/см 3 , що становило 0,81 від теоретичного значення.
Синтез сплаву з утворенням інтерметалевих сполук починався, за даними рентгенофазового аналізу, при нагріванні брикету до 1060 o С. При обробці розплаву міді (Т = 1120 o С) утворюється в брикеті лігатурою ступінь засвоєння цирконію збільшилася на 23%.
Приклад 2 Алюмінієвий порошок, отриманий механічним подрібненням зливка алюмінію марки Аl, змішали з порошком кальцію, отриманим подрібненням дистиляту кальцію, у співвідношенні Al:Са=7:3 (за масою). Середній розмір частинок алюмінієвого порошку становив 0,21 мм, кальцієвого – 0,87 мм. Після пресування отриманої суміші в циліндричній прес-формі під тиском 890 кг/см 2 були отримані брикети щільністю 1,70 г/см 3 , що склало 0,72 від теоретичного значення. Структура брикету складалася з частинок кальцію, що мали розвинену поверхню, на алюмінієвій основі.
Синтез сплаву з утворенням інтерметалевих сполук СаАl2 і СаАl4 відбувався, за даними рентгенофазового аналізу, при нагріванні брикету до 630 o С. Отримана після нагрівання лігатура складалася з фаз інтерметалідів та порівняно невеликої кількості залишкових фаз алюмінію та кальцію.
При обробці розплаву алюмінію (Т=700 o C) лігатурою, що утворюється в брикеті, ступінь засвоєння кальцію підвищився на 15% порівняно з обробкою шматками кальцієвого дистиляту.
Приклад 3 При отриманні брикету з шаром плакуючого використовували алюмінієвий і кальцієвий порошки, що мають середній розмір частинок 0,23 і 0,88 мм відповідно, отримані механічним подрібненням зі злитків. Унижню частину циліндричної прес-форми насипали алюмінієвий порошок шаром 10-12 мм. Потім встановили тонкостінну алюмінієву трубу коаксіально циліндричної матриці. У проміжок між стінкою матриці і трубою провели засипку алюмінієвого порошку, а всередину труби - суміші порошків алюмінію і кальцію у співвідношенні 3: 2 (за масою). Далі трубу витягли з прес-форми і зверху досипали алюмінієвий порошок шаром 10-12 мм. Після пресування під тиском 870 кг/см 2 був отриманий циліндричний брикет, що мав плакуючий шар алюмінію товщиною 2-3 мм на бічній стінці та 3-4 мм на торцях. Щільність зразків, відібраних із середньої частини брикету, склала 1,51 г/см 3 та з поверхні брикету - 1,93 г/см 3 . Дані значення відповідно дорівнюють 0,71 від щільності алюмінію та 0,67 від теоретичної щільності суміші.
При обробці розплаву алюмінію (Т=700 o З) отриманим брикетом ступінь засвоєння кальцію підвищився на 21% порівняно з обробкою шматками кальцієвого дистиляту.
Приклад 4 При отриманні брикету з плакувальним шаром, розташованим неаксіально, використовували алюмінієвий і кальцієвий порошки, що мають середній розмір частинок 0,25 і 0,85 мм, відповідно, отримані механічним подрібненням зі злитків. У нижню частину циліндричної прес-форми насипали алюмінієвий порошок шаром 10-12 мм. Потім встановили тонкостінну алюмінієву трубу неаксіально-циліндричної матриці. У проміжок між стінкою матриці і трубою провели засипку алюмінієвого порошку, а всередину труби - суміші порошків алюмінію і кальцію у співвідношенні 3: 2 (за масою). Далі трубу витягли з прес-форми і зверху досипали алюмінієвий порошок шаром 10-12 мм. Після пресування під тиском 950 кг/см 2 був отриманий брикет з різною товщиною шару плакуючого: max-5 мм min-1 мм. Усунення центру тяжіннящодо осі брикету становило 3 мм. Щільність зразків, відібраних із середньої частини брикету, склала 1,71 г/см 3 та з поверхні брикету - 2,20 г/см 3 . Дані значення відповідно дорівнюють 0,76 від теоретичної щільності суміші та 0,81 від щільності алюмінію. При зануренні в розплав алюмінію (Т=700 o З) отриманий брикет розташовувався вниз потовщеним шаром. Ступінь засвоєння кальцію підвищився на 32% порівняно з обробкою шматками кальцієвого дистиляту.
Наведені приклади не обмежують сферу застосування пропонованого винаходу. За цим способом можна отримувати лігатури, що містять ніобій, тантал, молібден та інші елементи для обробки чорних і кольорових сплавів. Крім цього, можливе отримання лігатур, що складаються з трьох компонентів. При використанні компонентів активних металів спосіб дозволяє виготовляти лігатури, отримання яких плавленням виявляється скрутним або неможливим.
1. Спосіб отримання лігатури, що включає змішування порошків, пресування брикету та синтез компонентів отриманого брикету, який відрізняється тим, що здійснюють пресування суміші грубих порошків активних металів дисперсністю 0,1-3,0 мм до густини 0,50-0,95 від теоретичної щільності суміші порошків активних металів, а синтез компонентів отриманого брикету проводять при нагріванні його в розплаві металу, що обробляється.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що для отримання циліндричного брикету з плакувальним шаром пасивного металу перед пресуванням в нижню частину циліндричної прес-форми засипають порошок пасивного металу, потім встановлюють коаксіально трубу циліндричної прес-формі, в зазор між стінкою форми і трубою засипають порошок пасивного металу, а всередину труби - суміш грубих активних порошківметалів, трубу вилучають із прес-форми і досипають зверху шар порошку того ж пасивного металу.
3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що плакуючий шар пасивного металу в брикеті циліндричному розташовують неаксіально.