Флюс для оброблення алюмінієвих сплавів

Корисна модель відноситься до галузі кольорової металургії, зокрема до створення складів флюсів, які застосовуються для рафінування та модифікування алюмінієвих сплавів. Відомий флюс для оброблення заевтектичних алюмінієвих сплавів [а.с. 1214773 колишнього СРСР МКИ3 С22В9/10. Флюс для обработки заэвтектических алюминиевых сплавов [текст]/ В.А. Косинцев, Т.Р. Епанешникова - №3763148/22-02 (22); заявлено 28.06.84; опубл. 28.02.86; Бюл. №8. - С. 153], що містить у своєму складі, мас.%: сірка 5-15 оксид алюмінію 5-15 фосфат натрію 40-70 гексахлоретан решта. До недоліків відомого рішення треба віднести те, що при використанні гексахлоретана у складі флюсу, в процесі рафінування утворюються з'єднання хлориду алюмінію (АlСl3), які мають дуже високу токсичність і тому використання цього флюсу недоцільне з точки зору екологічних та санітарно-гігієнічних вимог. Найбільш близьким за технічною сутністю до рішення, яке заявляється, є відомий флюс для оброблення алюмінієвих сплавів [патент 58793А Україна, МПК7 С22В21/06, С22В9/10. Флюс для обробки алюмінієвих сплавів/ І.П. Волчок, О.А. Мітяєв, С.Г. Рязанов - №2002108362; Заявлено 22.10.2002; Опубл. 15.08.2003; Бюл. №25.). Відомий флюс містить (мас. %): сірка (S) 3-10 хлорид калію (КС1) 10-15 хлорид натрію (NaCI) 30-40 карбонат натрію (Na2CO3) 1,5-5 карбід кремнію (SiC) 0,5-0,8 фторид алюмінію (АlF3) решта. До недоліків відомого рішення слід віднести те, що використання цього флюсу не забезпечує отримання тривалого модифікуючого ефекту, що зменшує границі його використання, при цьому розміри макрозерен сплавів залишаються достатньо великими, що в комплексі негативно впливає на рівень механічних властивостей. Тому відомий склад потребує певного доопрацювання з метою поліпшення якості та підвищення механічних властивостей алюмінієвих сплавів. Із критики аналога і прототипу постає завдання на розроблення флюсу для оброблення алюмінієвих сплавів, який забезпечує тривалий модифікуючий ефект та сприяє зменшенню розмірів макрозерна сплавів, що в комплексі підвищить рівень механічних властивостей, розширить границі використання флюсу та зменшить його токсичність. Поставлене завдання вирішується наступним чином. Запропоновано флюс для оброблення алюмінієвих сплавів, що містить сірку, хлорид натрію, карбонат натрію, карбід кремнію, фторид алюмінію, до складу якого додатково входить карбонат стронцію, тетрафтороборат калію та титан, при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): сірка (S) 3-10 хлорид натрію (NaCl) 25-30 карбонат натрію (Nа2СО3) 1,5-5 карбонат стронцію (SrСО3) 1,5-5 тетрафтороборат калію (KBF4) 2-5 титан (Ті) 0,5-2 карбід кремнію (SiC) 0,5-0,8 фторид алюмінію (АlF3) решта. Саме сукупність компонентів, які заявляються, та їх співвідношення забезпечують досягнення нового технічного результату - збільшення тривалості модифікуючого ефекту та зменшення розмірів макрозерна, що призводить до підвищення механічних властивостей та якості алюмінієвих сплавів за рахунок отримання однорідної, упорядкованої структури. Ознаки, які відрізняють технічне рішення, що заявляється, від прототипу, не виявлені в інших технічних рішеннях при вивченні цієї галузі техніки. На підставі цього можна зробити висновок про те, що пропоноване технічне рішення задовольняє критерію «винахідницький рівень». Присутність у флюсі 25-30% NaCl, 2-5% КВF4 та АlF3 забезпечує утворення на поверхні розплаву захисної плівки та вилучення твердих часток неметалевих включень і частково розчинених газів. Наявність цих компонентів у флюсі сприяє адсорбції шлакових включень та одночасному вилученню із сплаву водню, який утворює з оксидом алюмінію комплексне з'єднання Al2O3-H2. Присутність у флюсі 3-10% S забезпечує комплексний вплив на розплав, що підвищує механічні властивості алюмінієвих сплавів. При введенні сірки у розплав утворюється велика кількість газоподібної сірки. Проходячи через розплав, вона рафінує його за схемою адсорбції. При цьому також спостерігається зміна морфології фаз, що містять залізо, з голкоподібної форми до більш компактної - глобулярної або у вигляді китайських письмових знаків. Присутність 1,5-5% Na2CO3 та 1,5-5% SrСО3 забезпечує зниження швидкості окислення сірки та сприяє подрібненню пухирів пароподібної сірки, що збільшує поверхню розподілу між розплавом та газовою фазою і забезпечує більш високий рівень модифікування та рафінування. Крім цього, у розплаві відбувається дисоціація Na2CO3 та SrСО3 з виділенням вуглекислого газу, пухирі якого, проходячи через розплав, також сприяють підвищенню рівня рафінування сплавів від неметалевих включень та розчинених газів за механізмом флотації. Наявність одночасно з'єднань натрію та стронцію за рахунок комплексної дії забезпечує більш високу ступінь модифікування евтектичного кремнію в силумінах і сприяє збільшенню часу знаходження сплаву в модифікованому вигляді. Компоненти сірка та сполуки натрію та стронцію сумісні як модифікатори алюмінієвих сплавів, тому використання Na2CO3 та SrCO3 є доцільним у складі модифікатора. Повна заміна Nа2СО3 на SrСО3 не є доцільною тому, що стронцій сприяє збільшенню газової шпаристості та має значно більшу вартість. Сучасними дослідженнями встановлено, що бор значно знижує енергію взаємодії атомів кремнію в гратці, що забезпечує отримання модифікованих структур евтектичного та первинного кремнію, а також підвищує термостабільність отриманих структур за рахунок зміщення температур фазових перетворень в область більш високих температур на 50-200°С. Тому присутність з'єднання тетрафтороборату калію (KBF4) є доцільним та у сукупності з іншими компонентами, завдяки їх комплексній дії, забезпечує тривалий модифікуючий ефект. Введення до складу флюсу 0,5-0,8% карбіду кремнію (SiC) та 0,5-2% титану (Ті) забезпечує отримання в розплаві значної кількості тугоплавких, дрібнодисперсних часток SiC та інтерметалідів ТіАl3, які рівномірно розподіляються за об'ємом розплаву, виконують роль додаткових центрів кристалізації, сприяють подрібненню зерен a- твердого розчина та підвищенню механічних властивостей сплавів. Встановлено зменшення довжини дендритів за осями першого порядку до 3 разів та підвищення їх кількості на одиниці площі шліфа в 1,8...2,0 рази. Наявність у складі флюсу елементів модифікаторів І та II родів підвищує ефективність модифікуючої дії флюсу в цілому. Для експериментальної перевірки дії флюсу, який заявляється, були проведені дослідження його впливу на вторинний алюмінієвий сплав АК9М2 у порівнянні з флюсом згідно патенту 5 8 793 А (таблиця). Таблиця Результати порівняльних досліджень Час після оброблення сплаву, хвилин 0 30 60 Властивості вторинного сплаву АК9М2 (литий стан) sВ, МПа d,% 146 3,8 161 4,2 143 3,7 159 4,0 138 3,5 155 4,0 90 130 151 3,3 3,9 120 123 148 3,0 3,8 Примітка: у чисельнику значення показників отримані при використанні флюсу за патентом 58793А; у знаменнику - після використання флюсу, який заявляється. Необхідна кількість флюсу становить 0,5-1,0% від маси розплаву. Температура оброблення сплаву флюсом 720...750°С. До розплаву флюс вводять за допомогою пристрою, який має назву „дзвоник" або шляхом вдування флюсу через титанову трубку азотом під тиском 0,5...0,8МПа. З урахуванням високої спадковості алюмінієвих сплавів отримання високого рівня механічних властивостей на етапі їх виготовлення, забезпечить оптимальну якість сплавів при всіх наступних технологічних переробках.