Изобретение относится к области производства сплавов цветных металлов, в частности к разработке способа получения цинково-алюминиевых сплавов.
Аналогом заявляемого способа является известный способ получения цинково-алюминиевых сплавов путём переработки цинковых отходов, включающий их плавление в расплаве эквимольной смеси хлоридов натрия и калия с добавлением фторида натрия при температуре 740-790 0С, выдержкой, извлечение металлического цинка, после чего в расплав добавляют 5-19% алюминия от массы расплава солей и извлекают алюминиево-цинковый сплав (патент РФ 2147322, МПК С22С 18/04, опубл. 04.10.2000г.) [1].
Другой известный способ получения сплава на основе цинка предусматривает расплавление железистого цинка под слоем хлоридного флюса с введением алюминия, взятого в исходном молярном соотношении к содержанию железа в железистом цинке, равном (4,5÷5,5):1, при этом сначала процесс ведут при 600-620 0С с загрузкой 70-75% алюминия от необходимого количества, с последующим снижением температуры на 70-80 0С и загрузкой остального алюминия, после чего производят разливку сплава в чушки при 450-460 0С (патент РФ 2180014, МПК С22С 18/04, опубл. 27.02.2002г.) [2]. Однако, указанные способы получения цинковых сплавов являются громоздкими, сильно загрязняют окружающую среду и не обеспечивают получению качественных отливок из них. Изделия, полученные вышеуказанными способами, характеризуются большим количеством технологических браков и быстро выходят из строя.
Прототипом заявляемого способа получения коррозионностойких цинково-алюминиевых сплавов с редкоземельными металлами является «Способ получения цинково-алюминиево-титанового сплава» по авторскому свидетельству СССР №356306 МПК С22С 17/00, опубл. 25.01.1973г. [3].
Данный способ получения цинково-алюминиево-титановых сплавов предусматривает расплавление цинка, добавление к нему алюминия и расплавление, введение в расплав титана в виде лигатуры с алюминием в слой расплавленного алюминия, нагрев расплава до 680-710 0С, выдержки 20-30 мин., перемешивание и охлаждение до 640-660 0С. Недостатком данного способа получения цинково-алюминиевых сплавов является то, что он не обеспечивает высокий уровень коррозионной стойкости изделий из них. Полученные данным способом изделия быстро подвергаются коррозии и выходят из строя.
Цель изобретения заключается в разработке способа получения коррозионностойких цинково-алюминиевых сплавов путём их легирования другими металлами. При температурах, регламентируемых предусмотренным в прототипе способом, наблюдается угар редкоземельных металлов.
Для достижения поставленной цели предлагается в качестве легирующего компонента цинково-алюминиевых сплавов использовать один металл из группы редкоземельных металлов (скандий, иттрий, церий, празеодим, неодим, эрбий). Процесс ввода в расплав цинково-алюминиевых сплавов редкоземельных металлов осуществляется заявляемым способом при 480-500 0С, что позволяет сохранить в составе сплавов расчётное количество активных редкоземельных металлов в количестве 0,05-0,5 мас.%.
Сущность изобретение заключается в том, что в разогретый до 480 0С печи графитовый тигель загружают и расплавляют цинк, затем на его поверхность загружают и расплавляют алюминий. Далее в полученный расплав вводят один металл из группы редкоземельных металлов (скандий, иттрий, церий, празеодим, неодим, эрбий) в завёрнутом алюминиевом фольге с помощью колокольчика. Колокольчик с редкоземельным металлом проникают в глубь расплава, и на том же уровне перемешивают до полного растворения металла. Расплав отстаивают 10-15 мин. Снимают шлак и отливают пробы для исследования.
Исследование коррозионно-электрохимического поведения цинково-алюминиевых сплавов, легированного одним элементом из группы редкоземельных металлов, проводилось в растворе хлорида натрия с концентрацией 3.0%, с помощью потенциостата ПИ-50.1.1 с выходом на программатор ПР-8 и самописцем ЛКД-4. Температура раствора в ячейке поддерживалась постоянная (200С) с помощью термостата МЛШ-8. Электродом сравнения служил хлорид-серебряный, вспомогательным – платиновый электрод.
Исследование коррозионных и электрохимических свойств сплавов проводились в потенциодинамическом режиме со скоростью развёртки потенциала 2 мВ/с. Электроды потенциодинамически анодно поляризовали от установившегося значения стационарного потенциала до резкого возрастания тока (до постоянного значения тока 1А), затем в обратном направлении до значения потенциала – 1.5 В, при котором происходит восстановление оксидной пленки. Далее образцы снова поляризовали в положительном направлении до потенциала питтингообразования. Из полученных потенциодинамических кривых определяли основные электрохимические характеристики сплавов: потенциал коррозии Екор. и ток коррозии iкор., потенциалы питтингообразования Еп.о. и репассивации Ереп..
Скорость коррозии определялся по формуле: K = iкор. · k, где k – электрохимический эквивалент, численное значение которого для цинка составляет 1.22 г/А·час. Воспроизводимость измерения электрохимических потенциалов равнялся ±2 ÷ ±5 мВ, а плотность тока коррозии составляла (0,001 – 0,005)·10-2 А/м2.
Как видно из таблицы, сплавы NN2-13, содержащие редкоземельные металлы в заявленных пределах, имеют высокие электрохимические характеристики, причем наименьшее значение рабочего потенциала имеет сплав N3. Для сравнительной оценки на основе того же цинка был приготовлен сплав, по известному способу взятый за прототип.
Как видно из таблицы, электрохимические характеристики и скорость коррозии сплава, полученного предлагаемым способом приготовленного на основе цинка значительно ниже (в 2-3 раза) те же характеристик известного сплава, приготовленного на той же основе.
Механизм действия редкоземельных металлов на коррозионно-электрохимические свойства исходного сплава (прототип) заключается в изменении, т.е. измельчении его микроструктуры путём абсорбирования на поверхности первичных выделений фаз в процесс их кристаллизации из расплава и последующего затормаживания их роста. Редкоземельные металлы, являясь известными модификаторами структуры сплавов, широко используются в процессе плавки и литья алюминиевых сплавов. В нашем случае модифицирующая их способность использовалось для группы цинковых сплавов. Происходящие в результате модификации редкоземельными металлами структурные изменения способствуют увеличению коррозионной стойкости цинковых сплавов.
Использование предлагаемого способа получения сплавов по сравнению с прототипом позволит изготавливать из них более дешевые протекторы с высокими электрохимическими характеристиками и достаточным сроком службы, которые могут использоваться для защиты от коррозии стальных изделий и конструкций.
Таким образом, повышение коррозионной устойчивости защитных покрытий из заявляемых сплавов, содержащих редкоземельные металлы на 50% позволяет на столько же уменьшить расход сплава, при одинаковых сроках службы защищаемых изделий.
