К методам получения металлических элементов в алюминиевых сплавах относятся прямое добавление чистых металлов и добавление металлических добавок.
Методы получения элементов металлов
Метод добавления чистого металла
Легирующие элементы, максимальная концентрация которых в твёрдом состоянии превышает 1% (атомно-молярная концентрация), такие как серебро, медь, галлий, германий, литий, магний, кремний и цинк, как правило, можно добавлять непосредственно после простого измельчения.
Метод добавления металлических наполнителей
Широко применяются метод добавления мастер-сплавов, а также состав и свойства различных мастер-сплавов. Существует два типа методов подготовки металлических элементов.
К первому типу относятся промежуточные сплавы, получаемые на основе самого металла, такие как алюминий-медь, алюминий-железо, алюминий-марганец, алюминий-никель, алюминий-кремний, алюминий-хром и т. д. Они в основном используются в качестве элементарных компонентов, добавляемых в мастер-сплав.
Второй тип, ввиду нестабильности (склонности к окислению) самих металлических элементов в природе, представляет собой промежуточные сплавы, получаемые с использованием фторидных солей, такие как серия «алюминий 5 — титан 1 — бор», алюминий-бор, алюминий-цирконий, алюминий-бериллий, и т. д., в основном используются для улучшения структуры алюминиевых слитков или процесса литья, а не добавляются в качестве компонента.
Преимущества и недостатки прямого добавления мастер-сплава и чистого металла. Прежде всего, следует отметить, что независимо от марки получаемого алюминиевого сплава, различные твердые растворы или соединения, состоящие из легирующих элементов и алюминия или других элементов, не зависят от способа добавления металлического элемента.
Метод добавления металлического порошка в качестве добавки
Порошок металлические добавки представляют собой еще один вариант метода прямого добавления металла, суть которого заключается в непосредственном добавлении металлов с высокой температурой плавления. Решение проблемы быстрого растворения легирующих элементов является наиболее важной задачей, которую необходимо решить при использовании метода прямого добавления. Чтобы обеспечить как можно более быстрое растворение и поглощение металла, его гранулируют и измельчают в порошок для увеличения площади поверхности металла. Для ускорения плавления порошка в расплаве алюминия добавляют соответствующий флюс, предотвращающий окисление металлического порошка и высокую температуру. Для снижения потерь при окислении добавляется восстановитель и применяется метод прессования.
При выборе добавок в процессе производственной практики следует учитывать, в первую очередь, три фактора:
1) Время, необходимое для растворения и поглощения металлических элементов. Если это время слишком велико, энергопотребление в процессе литья будет выше, что повлияет на бесперебойное выполнение литейного процесса.
2) Стабильность поглощения металлических элементов, как правило, пропорциональна, и колебаний в сторону повышения или понижения не наблюдается, что очень важно для получения сплавов.
3) Какова скорость поглощения металлических элементов? Часть порошка окисляется в процессе производства и хранения металлического порошка. При добавлении добавок в алюминиевую ванну с высокой температурой в результате бурной реакции окисления также происходит некоторое сгорание.
Независимо от того, идет ли речь о металлической добавке в виде порошка или о промежуточном сплаве, полученном путем плавления металла и алюминия, цель заключается в получении элементов мастер-сплава, которые можно рассматривать как металлические добавки, однако флюс в них различается. Металлические добавки в виде порошка являются флюсами. Они представляют собой частицы соли или порошка, а флюсом мастер-сплава является алюминий.
Три основных принципа использования металлических добавок: (1) Металлические элементы растворяются и диффундируют за короткое время. (2) Металлические элементы обладают хорошей стабильностью поглощения и просты в приготовлении. (3) Высокая скорость поглощения металлических элементов.
