Сплавы РЗМ с магнием и переходными металлами

Для получения магниевых сплавов можно использовать непосредственное сплавление магния с РЗМ, однако большая разница в температурах плавления и плотностях РЗМ и магния приводит к ликвации в составе сплавов, значительному перегреву и испарению магния при сплавлении. Лигатуры с высоким содержанием магния существенно проще можно получать электрохимическим способом из расплавленных сред. Производство наиболее востребованной лигатуры магний-неодим осуществляют электролизом с жидким магниевым катодом. Этот процесс в нашей стране был разработан Гиредметом и освоен в середине 70-х годов прошлого столетия на Иртышском химико-металлургическом заводе. Процесс осуществляли в электролизере силой тока 3 кА из расплава КС1—NdCl3 эвтектического состава. Электролизной ванной служил толстостенный графитовый тигель-анод, магний, использовавшийся в качестве катода, в виде слитка загружали на поверхность электролита, подвод тока к нему осуществляли с помощью прутка из тугоплавкого металла (тантала или вольфрама). Окончание процесса электролиза контролировали по началу притопления жидкого катода в электролите, что соответствовало концентрации неодима в лигатуре 25—30 мае. %. Лигатуру извлекали с поверхности электролита перфорированной ложкой. Хорошая смачиваемость металла хлоридным электролитом предотвращала его окисление и воспламенение. Полученная таким способом лигатура магний-неодим являлась основой для изготовления магниевых сплавов заданного состава. При этом существенно упрощался процесс введения неодима в сплавы. Аналогичным способом получали сплавы магния с иттрием.

В 1976 г. на Иртышском химико-металлургическом заводе была освоена разработанная в содружестве Гиредметом и МИТХТ электрохимическая технология получения лигатуры ФЦМ-5 — сплава РЗМ с магнием, содержащей, мае. %: Се 40—50; Mg 5—7; Fe до 10; La 18—25; Nd 10—12; Pr 5—7. Производство лигатуры осуществляли из фторидно-оксидной ванны на электролизере силой тока 5 кА, аналогичном по конструкции электролизеру для производства мишметалла. В качестве электролита использовали фторид- но-оксидный расплав, содержащий смесь фторидов лития, бария, магния и мишметалла. Питание ванны осуществляли смесью редкоземельных оксидов и оксида магния, которые вводили в определенном соотношении. Температуру процесса, как и в случае производства мишметалла, регулировали за счет изменения расстояния между жидким катодом и графитовым подвижным анодом. Концентрацию магния в сплаве поддерживали заданным соотношением суммарных концентраций магния и суммы РЗМ в электролите. С учетом невысокой растворимости MgO во фторидном расплаве (не более 2 %), питание ванны оксидом магния осуществляли через каждые 3 ч. Общую концентрацию магния контролировали два раза в сутки и при существенном снижении ее корректировали добавками фторида магния. Таким способом на промышленном оборудовании удается получить постоянный по составу сплав магний-мишметалл, отвечающий марке ФЦМ-5. Решить проблему введения редкоземельного металла в магний удается также методами механического легирования [17, 18] и спиннингования расплавов [19, 20].

Метод магнийтермии в расплаве хлоридов был использован в работе [21] для получения порошковых композиционных материалов Hf—Gd и Hf—Dy (2, 5, 10 и 20 % РЗМ), обладающих высокими значениями сечения захвата нейтронов для использования в атомной энергетике. Восстановлению подвергали смесь хлоридов гафния и редкоземельного металла в расплаве хлорида калия при 750— 800 °С. Магний был взят со 110%-м избытком от стехиометрии, в течение получаса расплав перемешивали, затем полчаса отстаивали. Концентрация восстанавливаемых хлоридов в расплаве достигала 20 мае. %, выход металлов в конечный продукт — 99 %. Отмывку остатков магния проводили раствором NH4C1 и завершали сублимационной очисткой от примесей в вакууме. Полученные порошки со средним размером частиц 20—30 мкм показали высокую гомогенность состава. Авторы планируют распространить использованный подход на технологию получения высокогомогенных сплавов Sm—Со и Nd—Fe—В.

Процессы получения алюминиево-магниевых сплавов, легированных РЗМ, рассмотрены в специальном разделе монографии [22].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >