Лигатурные алюмо-скандиевые (Al-Sc) сплавы находят применение в различных областях, в частности, автомобилестроении, роботостроении, аэрокосмической промышленности, благодаря высоким технологическим свойствам. Введение даже незначительных добавок скандия (0.2 мас.%) в алюминий приводит к улучшению его прочности, свариваемости, устойчивости к рекристаллизации и коррозионной стойкости. В этой связи развиваются более дешевые способы получения Al-Sc лигатурных сплавов, остается актуальным поиск альтернативных расплавов для их получения.
Химическим и электрохимическим способами синтезированы алюмо-скандиевые сплавы (до 0.5 мас.% скандия) и лигатуры (до 2 мас.% скандия) в оксидно-фторидных расплавах KF-AlF3, NaF-AlF3 и KF-NaF-AlF3 с добавками Sc2O3 и Al2O3 в широком интервале температур (750-980 °С). Исследовано влияние катодной плотности тока (0-1 А/см2), заданного содержания Sc2O3 (1, 2, 4 и 6 мас.%) в расплаве KF-NaF-AlF3, перемешивания алюминия (0, 100 об/мин) и длительности синтеза (30-180 мин) на содержание, форму и распределение скандия в алюминии.
Влияние заданного содержания Sc2O3 в расплаве, катодной плотности тока и длительности синтеза на содержание скандия в Al-Sc сплавах, полученных в расплавах KF-AlF3 (□), KF-NaF-AlF3 (Δ) и NaF-AlF3 (○) при 750, 820 и 980 °С, соответственно.
Степень извлечения скандия по алюмотермической реакции: 2Al + Sc2O3 = 2Sc + Al2O3 в оксидно-фторидных расплавах в зависимости от температуры и заданного содержания Sc2O3 в расплаве.
Независимо от расплава и температуры наибольшее влияние на содержание скандия в алюмо-скандиевых сплавах оказывает концентрация Sc2O3 в расплаве, а химический механизм восстановления Sc2O3 преобладает над электрохимическим. При этом важными факторами при получении лигатуры Al-Sc с равномерным распределением выше 0.55 мас.% скандия в виде истинного раствора и интерметаллидных соединений являются температура и перемешивание сплава.
Сравнивая результаты по получению Al-Sc сплавов в разных оксидно-фторидных расплавах можно сделать следующие заключения. Преимуществами способа получения сплавов Al-Sc в расплавах KF-AlF3 и KF-NaF-AlF3 являются более низкая температура синтеза, а также тот факт, что для достижения одинакового содержания скандия в алюминии необходимо поддерживать концентрацию дорогостоящего исходного реагента Sc2O3 в исследуемых расплавах ниже в 1.5-3.0 раза в сравнении с расплавом NaF-AlF3. Несмотря на эти преимущества, получение сплавов Al-Sc в расплавах KF-AlF3 и KF-NaF-AlF3 с содержанием скандия выше ≈ 0.50-0.55 мас.% должно сопровождаться перемешиванием сплава, поскольку пониженная температура и относительно небольшой перегрев алюминия способствует образованию в нем крупных (до 100 мкм) интерметаллидных соединений.
