К настоящему времени возможности получения по традиционной технологии новых алюминиевых сплавов с существенно более высокими технологическими и служебными свойствами по сравнению с известными сплавами фактически исчерпаны.

Принципиально новым подходом к формированию структуры и свойств сплавов является реализация процесса синтеза в микрообъемах матричного сплава. В традиционной технологии выделение интерметаллидных фаз является следствием пересыщения раствора компонента с понижением температуры относительно равновесной растворимости в процессе охлаждения перед полным затвердеванием, при этом чем больше превышение содержания компонента относительно равновесной растворимости, тем больше размер частиц интерметаллидных фаз. Именно это обстоятельство является фактором, ограничивающим предельно допустимое содержание малорастворимых компонентов в сплавах.

В предлагаемой технологии малорастворимые компоненты вводятся в матричный расплав в виде нагретых до определенной температуры частиц чистых металлов или интерметаллидных неравновесных или метастабильных фаз относительно температуры матричного расплава, при этом его температура на минимально возможном уровне поддерживается за счет охлаждения в процессе магнитогидродинамического перемешивания. Одним из эффективных способов нагрева и введения частиц размером не более 50 микрон в расплав является использование плазмотрона специальной конструкции,

В качестве плазмообразующего газа используется аргон, температура плазменной струи на выходе из сопла около 100000С, скорость струи близка к звуковой. Порошок вводимого компонента подаётся из дозатора в зону до дуги, проходит активную зону ионизации аргона, при этом частицы нагреваются примерно до 15000С, поверхность частиц подвергается ионному травлению, очищается от адсорбированного кислорода, частицы ускоряются до скорости выхода струи из сопла, приобретая при этом кинетическую энергию, достаточную для преодоления поверхностного натяжения расплава при входе частиц в расплав. Матричный расплав с температурой, близкой к солидусу, перемешивается вблизи фронта затвердевания в двух направлениях МГД индуктором, что обеспечивает равномерное распределение компонентов материала по объёму и, что очень важно для некоторых матричных сплавов эвтектического типа (356, 357), недедритную тиксотропную структуру. В матричные расплавы в плазменной струе могут быть введены частицы– упрочнители нанометрических размеров, предварительно внедренные в частицы-носители из пластичных металлов – компонентов матричного сплава (меди, никеля и др.) совместной обработкой смеси наночастиц с частицами-носителями в шаровых мельницах.

Важной особенностью технологии является возможность “конструирования” материалов с нужными свойствами введением комплекса необходимых для этого добавок и формирования требуемой структуры материала в процессе синтеза.

Процессы плазменной инжекции компонентов в матричный расплав, МГД перемешивания расплава хорошо сочетаются и комбинируются в литейных процессах, включая непрерывное литьё слитков из сплавов и композитов на алюминиевой основе.

Источник: Light Metal Age, March/April 2017 • Volume 75, No. 2, p 48 – 51.