Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности к сплавам на основе алюминия, предназначенным для изготовления проводов, кабелей, стержней, шин и других изделий для электропромышленности.
Известен проводниковый сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%:
Железо 0,45-0,95
Кремний ≤0,15
Алюминий 98,95-99,45 [1].
Недостаток известного сплава - его низкие прочностные свойства. Типичные свойства сплава в отожженном состоянии: предел прочности 10 кгс/мм2; относительное удлинение 20%; число перегибов до разрушения 20.
Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является сплав на основе алюминия типа 8176 следующего состава, мас.%:
Хром 0,015
Железо 0,5
Кремний 0,07
Алюминий и его примеси остальное [2].
Сплав обладает хорошей электропроводностью, но разупрочняется после нагрева при температурах выше 300 0С. Так предел прочности отожженного при 204 0С, 1 ч и 316 0С, 1 ч сплава, соответственно равны 21,4 и 15,4 кгс/мм2. Кроме того данный сплав характеризуется низкой коррозионностойкостью и технологичностью при волочении проволок диаметрами менее 1,0 мм.
Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости, стабильности прочностных свойств при сохранении высокой электропроводности. Это достигается тем, что в сплав на основе алюминия, содержащий железо, дополнительно вводят ванадий и один элемент из группы лантан и празеодим, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Железо 0,1-1,0
Ванадий 0,01-0,25
Один элемент из группы
лантан и празеодим 0,01-1,0
Алюминий и его примеси остальное.
Пример осуществления
Синтез сплавов проводят в шахтном лабораторном печи сопротивления типа СШОЛ при температуре 750 – 8500С. Для получения алюминиевого сплава AlV0,1 (Al+0.1 мас. % V), в качестве шихты используют алюминий марки А6, который дополнительно легируют расчётным количеством ванадия. При легировании ванадием алюминия используют лигатуру алюминия с 2,0 мас. % ванадием. Металлический лантан и празеодим вводят в расплав в завернутом в алюминиевом фольге с помощью сетчатого колокольчика. Химический анализ полученных сплавов на содержание железа, кремния и ванадия проводили в Центральной заводской лаборатории ОАО “Таджикская алюминиевая компания”. Состав сплавов согласно таблице, также контролировали взвешиванием шихты и полученных сплавов. При отклонении массы сплавов более чем на 1-2% отн. синтез сплавов проводили заново. Далее из расплава удаляют шлак и производят литьё образцов в графитовую изложницу для коррозионно-электрохимических исследований. Получают образцы цилиндрической формы диаметром 10мм и длину 140мм.
Опыты проводят в среде нейтрального водного раствора 3,0 %-ного NaCl, согласно рекомендациям ГОСТ 9.017 - 74, т.е. в имитате морской среды, с целью определения влияния хлорид-иона на коррозионно-электрохимическое поведение алюминиевого проводникового сплава AlV0,1 с лантаном и празеодимом.
Исследования коррозионностойкости сплавов проводят на потенциостате ПИ-50-1-1 потенциостатическим методом в потенциодинамическом режиме при скорости развертки потенциала 2 мВ/с, с помощью программатора ПР-8 и само записи ЛКД-4. Температуру раствора поддерживают постоянно при 20°С, с помощью термостата МЛШ-8. Электродом сравнения служит хлорид серебряный, а вспомогательным - платиновый.
Результаты исследования коррозионно-электрохимических свойств сплавов в среде электролита 3.0%-ного NaCl обобщены в таблице. Из приведённых в таблице электрохимических характеристик и скорости коррозии алюминиевого сплава AlV0,1 с лантаном и празеодимом следует, что добавка по крайней мере одного элемента из указанной группы металлов в пределах 0,01-1,0 мас.% способствуют смещению в область положительных значений потенциалов свободной коррозии (Есв.кор.), питингообразования (Еп.о.) и репассивации (Ерп.) сплавов, результатом чего является снижение скорости коррозии и плотности тока коррозии сплавов 10-16% по сравнению с прототипом.
Анализ данных примеров, приведенных в таблице, свидетельствуют о хорошем комплексе антикоррозионных свойств заявляемого сплава. Это позволяет использовать заявляемый сплав в качестве жилы электропроводов с изоляционной оболочкой и оболочки кабеля, при производстве которых проводят отверждение оболочки при повышенных температурах.
Ванадий, лантан и празеодим оказывая модифицирующее воздействие, измельчают структуру алюминия и его сплавов с железом, взаимодействуют с газами, растворёнными в алюминии, и осуществляют дегазацию расплава. У модифицированных указанными металлами сплавов в отличие от не модифицированных процесс межкристаллитной коррозии ограничивается поверхностным слоем металла и не получает сильного развития даже после длительных коррозионных испытаний.
Роль ванадия как легирующего элемента алюминиевых сплавов не ограничивается его модифицирующим действием. Помимо этого, он резко повышает температуру рекристаллизации алюминия и его сплавов, как после горячей, так и холодной деформации.
Механизм действия редкоземельные металлы (РЗМ) на структуру и свойства алюминиевых сплавов сводится к следующему:
1. Лантан и празеодим измельчают кристаллы твёрдого раствора на основе алюминия.
2. Лантан и празеодим рафинируют расплав от неметаллов-кислорода, азота, фосфора, серы, ухудшающих многие свойства сплавов.
3. Лантан и празеодим улучшают структуры поверхностной оксидной плёнки образцов и за счёт этого увеличивают коррозионную стойкость сплавов.
4. Лантан и празеодим с ванадием повышают температуру рекристаллизации алюминия.
5. В алюминиевых сплавах от легирования их редкоземельные металлы (РЗМ) наблюдается эффект механического упрочнения сплавов.
Повышение коррозионной стойкости сплава алюминия, содержащего как примесь железо (0,1-1,0%) путём легирования ванадием (0,01-0,25%) и одним металлом из группы лантан и празеодим (0,01-1,0%) позволяет на 10-16% повысит коррозионную стойкость исходного алюминиевого сплава.
Примеры расчёта экономической эффективности от использования предлагаемого сплава показывает, что 10%-ное снижение металлоёмкости изготавливаемых из за него изделий счёт роста коррозионностойкой при объеме годового производства 1000 тн сплава составляет: 10%-е снижение от 1000 тн равняется 100 тн сплава. При стоимости 1 тн сплава 3000$ США экономия 100 тн сплава в денежные выражения составляет 100 тн·3000$ США=300.000$ США.
