Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Ni–Cr–W–Mo
No full textThe study covers the quality of a metal powder composition (MPC) made of a heat-resistant EP648 alloy (Ni–Cr–W–Mo system) used to produce parts by direct metal deposition (DMD). It was established that the MPC meets the TU 136-225-2019 specification in terms of basic requirements (chemical composition and grain size distribution, purity, bulk density, fluidity, moisture content). The effect of direct metal deposition parameters (laser radiation power, surfacing speed) on the structure and microhardness of test samples was studied. The largest number of defects (looseness, pores and lack of fusion) is formed in the sample obtained at a laser radiation power (RP) of 1000 W and a surfacing speed of 40 mm/s. At the same time, the defects have maximum dimensions. The smallest number of such defects is observed in samples obtained at a RP power of 1400 and 1600 W and a surfacing speed of 45 and 38 mm/s. In this case, the most homogeneous structure of laser surfacing zones is formed due to the complete melting of powder particles and the melt spreading. Nevertheless, the sample obtained at a RP of 1600 W and a surfacing speed of 38 mm/s has a structure with cracks located along the faces of subgrains in the center of surfacing tracks. Crack formation is caused by material overheating due to the increased laser radiation power and accumulated high internal stresses from the previous deposited layers. The microhardness of samples obtained at all direct metal deposition modes varies slightly and amounts to 270– 310 HV. According to the research results, it was found that the most optimal structure is formed in the sample obtained at a RP of 1400 W and a surfacing speed of 45 mm/s.Исследовано качество металлопорошковой композиции (МПК) из жаропрочного сплава ЭП648 (система Ni– Cr–W–Mo), применяемой для получения деталей методом прямого лазерного выращивания (DMD-технология). Установлено, что по основным требованиям (химический и гранулометрический составы, чистота, насыпная плотность, текучесть, влажность) МПК соответствует ТУ 136-225-2019. Рассмотрено влияние параметров прямого лазерного выращивания (мощность лазерного излучения, скорость наплавки) на структуру и микротвердость опытных образцов. Наибольшее количество дефектов (скопления мелких усадочных пор и несплавления) формируется в образце, полученном при мощности лазерного излучения Р = 1000 Вт и скорости наплавки v = 40 мм/с. При этом дефекты имеют максимальные размеры. Наименьшее число дефектов наблюдается в образцах, полученных при Р = 1400 и 1600 Вт и v = 45 и 38 мм/с. В этом случае формируется наиболее однородная структура зон лазерной наплавки из-за полного плавления частиц порошка и растекания расплава. Тем не менее в структуре образца, выращенного при Р = 1600 Вт и v = 38 мм/с, имеются трещины, расположенные по границам субзерен в центре треков наплавки. Их образование вызвано перегревом материала из-за повышенной мощности лазерного излучения и накоплением высоких внутренних напряжений от предыдущих выращенных слоев. Микротвердость образцов, полученных по всем режимам прямого лазерного выращивания, меняется незначительно в пределах 270–310 НV. По результатам проведенных исследований установлено, что наиболее оптимальная структура формируется в образце, полученном при мощности лазера 1400 Вт и скорости наплавки 45 мм/с
ПРИМЕНЕНИЕ ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ПРИМЕСЕЙ РАСТВОРОВ НИКЕЛЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА АО «КОЛЬСКАЯ ГМК»
No full textStudies of the extractive recovery of Ca(II), Mg(II) и B(III) impurities from nickel production solutions at JSC «Kola Mining and Smelting Company» were conducted. As extraction agents, we used di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid (D2EHPA), di-(2,4,4-trime-thylpentyl)phosphinic acid (Cyanex 272), trialkylamine (TAA), tributyl phosphate (TBP), aliphatic alcohols: octanol-1, 2-ethylhexanol and a by-product of its production – heavy product of 2-ethylhexanol distillation (TPRD). In order to assess the effect of conditions used to extract impurities from solutions, laboratory studies on the effect of aqueous phase acidity, extraction agent concentration, composition of organic impurities on their extractability were conducted. According to the research results, it was found that the optimal concentration of individual extraction agents is 20 vol.% each in the Escaid 100 solvent, and the mixture composition is 15 vol.% D2EHPA + 5 vol.% Cyanex 272 at Ca(II) and Mg(II) extraction. Individual D2EHPA predominantly extracts calcium (II): extraction of 62 % Ca(II) and 15 % Mg(II). When using Cyanex 272, the extraction of magnesium (II) predominates: extraction of 59 % Mg(II) and 20 % Ca(II). It was found that the extraction mixture has higher performance than individual extraction agents for Ca(II) and Mg(II) extraction from nickel solutions in the pH range of 3.0÷3.5, at which Ni(II) coextraction is negligible. With increasing pH values, Ca(II) extraction decreases due to the increasing extraction of nickel and the displacement of calcium by it from the organic phase. It was established that a mixture of 40 % TAA + + 60 % 2-octanone and heavy product of 2-ethylhexanol distillation exhibits high extraction ability with respect to B(III): the degree of boron extraction is 60.7 and 74.5 %, respectively. The paper provides the results of the extraction purification of the nickel electrolyte from JSC «Kola Mining and Smelting Company» with an extraction mixture in the Ni-form to exclude pH adjustment at each stage of the process. Based on the results of the studies conducted, a flowchart is recommended for obtaining pure NiSO4 solutions with a residual total B(III), Ca(II), Mg(II) and Cl– content of £0.010 g/dm3 .Аннотация: Проведены исследования экстракционного извлечения примесей Ca(II), Mg(II) и B(III) из растворов никелевого производства АО «Кольская ГМК». В качестве экстрагентов использовали ди-2-этилгексилфосфорную кислоту (Д2ЭГФК), ди-(2,4,4-триметилпентил)фосфиновую кислоту (Cyanex 272), триалкиламин (ТАА), трибутилфосфат (ТБФ), алифатические спирты: октанол-1, 2-этилгексанол и побочный продукт его производства – тяжелый продукт ректификации 2-этилгексанола (ТПРД). Для оценки влияния условий извлечения примесей из растворов проведены лабораторные исследования влияния кислотности водной фазы, концентрации экстрагентов, состава органических смесей на их экстракционную способность. По результатам работы определены оптимальные концентрации индивидуальных экстрагентов Д2ЭГФК и Cyanex 272 (по 20 об.%) в растворителе Escaid 100 и состав смеси 15 об.% Д2ЭГФК + 5 об.% Cyanex 272 при извлечении Ca(II) и Mg(II). Индивидуальная Д2ЭГФК преимущественно экстрагирует кальций (II): извлечение 62 % Са(II) и 15 % Mg(II), а Cyanex 272 – магний (II): извлечение 59 % Mg(II) и 20 % Са(II). Показано, что экстракционная смесь обладает более высокими показателями, чем индивидуальные экстрагенты, для извлечения Са(II) и Mg(II) из никелевых растворов в области значений pH = 3,0÷3,5, при которых соэкстракция Ni(II) незначительна. С ростом величины рН извлечение Са(II) снижается вследствие возрастающей экстракции никеля и вытеснения им кальция из органической фазы. Установлено, что высокую экстракционную способность по отношению к B(III) проявляют смесь 40 % ТАА + 60 % 2-октанон и ТПРД: степень извлечения бора составляет 60,7 и 74,5 % соответственно. Представлены результаты экстракционной очистки никелевого электролита АО «Кольская ГМК» экстракционной смесью в Ni-форме для исключения корректировки pH на каждой ступени процесса. По результатам выполненных исследований рекомендована технологическая схема получения чистых растворов NiSO4 с остаточным суммарным содержанием В(III), Cа(II), Mg(II) и Cl– £ 0,010 г/дм3
Оптимизация процесса конвертирования штейна совместной плавки окисленных никелевых и сульфидных медных руд на основе термодинамического моделирования
No full textThe paper presents the results obtained in the thermodynamic modeling of converting copper-nickel matte (11.3 wt.% Ni + Cu + + Co, 61.5 wt.% Fe, 25.9 wt.% S) produced by joint smelting of oxidized nickel ore and sulfide copper ore. Calculations were made in the approximation of ideal molecular solutions using the HSC Chemistry software package (Outotec Research Oy, Finland). The possibility of low-iron matte, converter slag and gas phase separation was shown. Estimated conditional equilibrium constants of exchange reactions between low-iron matte and slag (KNi/Fe = 0.004÷0.005, KCo/Fe = 0.056÷0.099) are close to ideal values. Statistical data processing was carried out using the mathematical experiment planning method. The converting temperature (t = 1100÷1300 °C) and iron and sulfur oxidation completeness level (q = 0.9÷1.0) determining the air and flux (SiO2) consumption were chosen as the factors to study. Obtained mathematical models of the process were used for its optimization. It was shown that the best converting performance can be achieved at t = 1150 °С and q = 0.950 when the low-iron matte contains 70.7 wt.% Ni + Cu + Co. At a yield of 8.74 % of the charge mass, the nickel, copper and cobalt recovery rates are 67.9, 97.9 and 9.1 %, respectively. The supposed air consumption (145.1 m3 (under normal conditions) per 100 kg of matte) and SiO2 (34.4 kg per 100 kg of matte) as well as slag yield (89.1 % of the charge mass) are close to working regime parameters. The results of the study confirm the possibility of cost-effective processing of poor copper-nickel matte and after experimental verification they can be used to develop automation flowcharts for converter departments at existing and designed production facilities.В работе представлены результаты термодинамического моделирования конвертирования медно-никелевого штейна (11,3 мас.% Ni + Cu + Co; 61,5 мас.% Fe; 25,9 мас.% S) совместной плавки окисленной никелевой и сульфидной медной руд. Расчеты проводились в приближении идеальных молекулярных растворов с использованием программного комплекса HSC Chemistry («Outotec Research Oy», Финляндия). Показана возможность выделения файнштейна, конвертерного шлака и газовой фазы. Оценки условных констант равновесия обменных реакций между файнштейном и шлаком (KNi/Fe = 0,004÷0,005, K Co/Fe = 0,056÷0,099) близки к идеальным значениям. С применением методики математического планирования эксперимента проведена статистическая обработка данных. В качестве изучаемых факторов были выбраны температура конвертирования (t = 1100÷1300 °C) и индекс полноты окисления железа и серы (q = 0,9÷1,0), определяющий расход воздуха и флюса (SiO2). Полученные математические модели процесса использованы для его оптимизации. Показано, что наилучшие показатели конвертирования могут быть достигнуты при t = 1150 °С и q = 0,950: файнштейн будет содержать 70,7 мас.% Ni + Cu + Co. При выходе 8,74 % от массы шихты извлечение в файнштейн никеля, меди и кобальта составит 67,9, 97,9 и 9,1 мас.% соответственно. Предполагаемые расходы воздуха (145,1 м3 (при нормальных условиях) на 100 кг штейна) и SiO2 (34,4 кг на 100 кг штейна), а также выход шлака (89,1 % от массы шихты) близки к практическим нормативным данным. Результаты исследования подтверждают возможность рентабельной переработки бедных медно-никелевых штейнов и после экспериментальной проверки могут быть использованы при разработке схем автоматизации конвертерных отделений действующих и проектируемых производств
Исследование структуры и свойств наплавленных зон из присадочной проволоки Св-АК5 при роботизированной наплавке
No full textThe study covers the effect of welding arc current (47, 57, and 67 A) on the structure and properties of deposited samples obtained by robotic electric arc surfacing. Sv-AK5 (ER4043) welding wire of the Al-Si system was used as a filler material. Surfacing was carried out on a substrate in the form of a 6 mm thick plate made of AMg6 alloy (Al-Mg system). During surfacing, a typical two-phase structure of a hypoeutectic composition is formed in samples typical for Al–Si alloys with a silicon content of 5 %. Along the height of deposited layers, there is a tendency to structure enlargement in the direction from the substrate, which is associated with the accumulation of heat in layers deposited along the height. As welding arc current increases, α-Al-based dendrites and eutectic silicon crystals are refined with an increase in the density and a decrease in the microhardness of deposited samples. The increase in density is due to the reduced proportion and size of gas pores, as well as refined structural components. The decrease in microhardness is associated with the increased proportion of the soft phase (α-Al dendrites) and decreased quantity of hard eutectic silicon crystals. The average content of silicon in samples deposited in three modes is in the range of 5.46–5.91%, which corresponds to the chemical composition of Sv-AK5 (ER4043) welding wire. Higher welding arc current contributes to an increase in the tensile strength and a slight decrease in the offset yield strength and relative elongation. The features of changes in the mechanical properties of deposited samples are determined by of the specific cast structure of deposited layers formed under conditions of directional solidification in the direction from the substrate.Исследовано влияние тока сварочной дуги (47, 57 и 67 А) на структуру и свойства наплавленных образцов, получаемых электродуговой роботизированной наплавкой. В качестве присадочного материала использовали сварочную проволоку Св-АК5 (ER4043) системы Al–Si. Наплавку проводили на субстрат в виде плиты толщиной 6 мм из сплава АМг6 системы Al–Mg. При наплавке в образцах формируется типичная двухфазная структура доэвтектического состава, характерная для сплавов системы Al–Si, с содержанием кремния 5 %. По высоте наплавленных слоев отмечается тенденция к укрупнению структуры по направлению от субстрата, что связано с аккумуляцией теплоты в наплавляемых по высоте слоях. С увеличением тока сварочной дуги происходит измельчение дендритов на основе α-Al и кристаллов эвтектического кремния, а также возрастает плотность и падает микротвердость наплавленных образцов. Повышение плотности обусловлено снижением доли и размеров газовых пор, а также измельчением структурных составляющих. Уменьшение микротвердости связано с увеличением доли мягкой фазы (дендритов α-Al) и сокращением количества твердых кристаллов эвтектического кремния. Среднее содержание кремния в образцах, наплавленных по трем режимам, находится в интервале 5,46–5,91 %, что соответствует химическому составу сварочной проволоки марки Св-АК5 (ER4043). Увеличение тока сварочной дуги способствует росту значений предела прочности при растяжении и незначительному снижению условного предела текучести и относительного удлинения. Особенности изменения механических свойств наплавленных образцов обусловлены спецификой формирования литой структуры наплавляемых слоев в условиях направленного затвердевания по направлению от субстрата
Исследование предельных параметров процесса глубокой вытяжки листовых заготовок из жаропрочных медных сплавов
No full textThis article studies the mechanism of thin-walled workpiece deep drawing in the mould with a conical die and determines the forming limit state that occurs at the time of the bottom detachment in the radius part of the punch when stresses in the meridional direction reach their maximum value. This condition is determined by a decrease in the workpiece edge size at the stage of slow material hardening and a decrease in the workpiece flange area that are main factors hindering the process. This condition makes it possible to establish a criterion used to determine the limiting drawing ratio (ratio of the diameter of the workpiece to the diameter of the part), namely: equality of meridional stresses in the punch radius rounding area and the material tensile strength. The paper establishes the effect of the workpiece material strength properties, friction and die taper on the limiting drawing ratio. A change in the plastic and strength properties of the BrKh08 heat-resistant copper alloy (tensile strength, yield strength) does not affect the material hardening constant values and practically does not affect the limiting drawing ratio. The paper uses a comprehensive research method including theoretical analysis and modeling in the ANSYS/LS-DYNA software with input data for the 1.35 mm thick workpiece 100 mm in diameter made of BrKh08. The article presents computer simulation stages indicating main process parameters such as the workpiece material model, mechanical properties, type of elements, kinematic loads, conditions of contact interaction between elements, etc. Process simulation results confirmed theoretical conclusions necessary for the process implementation without part defects.Исследован механизм процесса глубокой вытяжки тонкостенной заготовки в штампе с конической матрицей с определением предельного состояния формообразования, наступающего в момент отрыва дна в радиусной части пуансона, когда напряжения в меридиональном направлении достигают своего максимального значения. Это условие определено уменьшением размеров кромки заготовки на стадии замедленного упрочнения материала и уменьшения площади фланца заготовки, являющихся основными факторами, препятствующими процессу. Оно позволяет установить критерий, с помощью которого определяется предельный коэффициент вытяжки (отношение диаметра заготовки к диаметру детали), а именно, равенство меридиональных напряжений в зоне радиусного закругления пуансона и предела прочности материала. Установлено влияние прочностных свойств материала заготовки, трения и конусности матрицы на предельный коэффициент вытяжки. Выявлено, что изменение пластических и прочностных свойств жаропрочного медного сплава БрХ08 (пределов прочности и текучести) не влияет на величину констант упрочнения материала и практически не отражается на предельном коэффициенте вытяжки. Проведены комплексные исследования, включающие теоретический анализ и моделирование в программном продукте ANSYS/ LS-DYNA с исходными данными для заготовки толщиной 1,35 мм и диаметром 100 мм из материала БрХ08. Представлены этапы компьютерного моделирования с указанием основных параметров процесса, таких как модель и механические характеристики материала заготовки, тип элементов, кинематические нагрузки, условия контактного взаимодействия элементов между собой и т.д. Результаты моделирования процесса подтвердили теоретические выводы, необходимые для реализации процесса без дефектов детали
РАСХОД АНОДНОЙ МАССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ
No full text In Russia, most aluminum smelters are equipped with cells with self-baking anodes featuring an urgent problem of lowering the anode paste consumption, since the share of anode materials in the cost of aluminum varies from 8 to 20 %. To solve this problem, it is necessary to determine the anode paste demand. The method for calculating the specific anode paste consumption used at aluminum smelters has a poor accuracy. The paper discusses the main errors of this method, shows the stages of anode paste consumption calculation, assesses the adequacy of calculations and gives recommendations for method improvement. It is shown that in general the considered method adequately reflects carbon consumption processes, but the final result of calculations may differ significantly from the actual one. The values taken constant to simplify the calculation, in fact, may vary during the electrolysis, which leads to a significant change in the final result of calculations. For example, an increase in the CO2 fraction from 0.45 to 0.5 leads to a decrease in the anode paste consumption by 15.3 kg/tonAl. At the same time, it is known that the composition of anode gases changes sharply as the anode effect occurs: the CO2 fraction decreases, and the CO fraction increases. In summer, at high ambient temperatures, the proportion of both vaporized pitch and anodes with an increased surface temperature rise. As the latter changes to 0.25, the consumption increases by 6.6 kg/tonAl. The same applies to air oxidation. The number of depressurized cells may increase with the subsequent increase in the carbon consumption. It is necessary to pay attention to factors affecting the anode quality. Incorrectly selected particle size distribution or worn equipment may significantly degrade the anode quality and lead to an increase in carbon consumption. It is necessary to make adjustments to the calculation in order to consider the peculiarities of carbon monoxide formation properly.В России большая часть алюминиевых заводов оснащена электролизерами с самообжигающимися анодами, для которых актуальна задача снижения расхода анодной массы, так как доля анодных материалов в себестоимости алюминия составляет от 8 до 20 %. Для решения этой задачи необходимо определить потребность в анодной массе. Методика расчета ее удельного расхода, используемая на предприятиях алюминиевой промышленности, имеет большую погрешность. В работе рассмотрены основные ошибки этой методики, показаны этапы вычисления расхода анодной массы, проведена оценка адекватности вычислений и даны рекомендации по ее совершенствованию. Показано, что в целом рассмотренная методика адекватно отражает процессы расхода углерода, однако конечный результат вычислений может существенно отличаться от реального. Величины, принятые постоянными для упрощения расчета, в действительности могут варьироваться в процессе электролиза, что приводит к значительному изменению конечного результата вычислений. Например, увеличение доли CO2 c 0,45 до 0,5 приводит к уменьшению расхода анодной массы на 15,3 кг/тAl. При этом известно, что при наступлении анодного эффекта состав анодных газов резко меняется: доля CO2 сокращается, а доля CO возрастает. В летний период при высокой температуре окружающей среды увеличивается как доля испарившегося пека, так и доля анодов с повышенной температурой поверхности. Изменение последней до 0,25 приводит к повышению расхода на 6,6 кг/тAl. То же самое относится к потерям при окислении на воздухе. Количество разгерметизированных электролизеров может увеличиться, а следовательно, возрастет расход углерода. Необходимо обратить внимание на факторы, влияющие на качество анода. Неправильно подобранный гранулометрический состав или износившееся оборудование могут значительно ухудшить качество анода и привести к повышению расхода углерода. Для корректного учета особенностей образования монооксида углерода необходимо внести корректировки в расчет.
ВЯЗКОСТЬ РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЕЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ LiF–BeF2
No full textRotational viscometry with the FRS 1600 (Anton Paar, Austria) high-temperature rheometer was used to obtain temperature dependences of the dynamic viscosity of molten lithium and beryllium fluoride salts considered as candidate fuel and coolant compositions for the molten salt reactor (MSR) for burning long-lived actinides from the spent nuclear fuel of the PWR 1000/1200 pressurized water reactor. 0.66LiF–0.34BeF2 and (0.73LiF–0.27BeF2)+UF4 molten salt mixtures containing 1 and 2 mol.% UF4 were investigated with regard to the MSR intermediate and fuel circuits. Salt mixtures were prepared by the direct melting of components and certified using X-ray phase and elemental analysis. The «shear rate» parameter was selected according to the viscosity curves obtained in the studied melts at 700 °C. It was found that the viscosity does not depend on the shear rate in the range of γ = 6÷20 s–1. When measuring the temperature dependence of viscosity, the shear rate was 11 s–1. Viscosity values of LiF–BeF2–UF4 melts obtained from experiments in the temperature range from liquidus to 800 °C are described by the linear equation logη = a + b/t, but their temperature coefficients differ evidently, which indicates a significant dependence of the viscosity of these melts on composition and temperature. Viscosity values obtained for the 0.66LiF–0.34BeF2 melt agree with the available literature data within 7–10 % in the temperature range of 650–750 °C. With an increase in the LiF content, melt viscosity decreases: it is lower by 20 % in the 0.73LiF–0.27BeF2 melt at t = 650 °C. However, when 2 mol.% UF4 is added, the 0.73LiF–0.27BeF2+UF4 fuel salt viscosity increases by 10 % at the same temperature.Методом ротационной вискозиметрии с использованием высокотемпературного реометра FRS 1600 («Anton Paar», Австрия) получены температурные зависимости динамической вязкости расплавов солей фторидов лития и бериллия, рассматриваемых в качестве кандидатных составов топлива и теплоносителя для жидкосолевого реактора (ЖСР) сжигателя долгоживущих актинидов из отработавшего ядерного топлива водо-водяного энергетического реактора 1000/1200. Применительно к промежуточному и топливному контурам ЖСР исследованы расплавленные солевые смеси 0,66LiF–0,34BeF2 и (0,73LiF–0,27BeF2) + UF4, содержащие 1 и 2 мол.% UF4. Солевые смеси получены методом прямого сплавления компонентов и аттестованы с помощью рентгенофазового и элементного анализов. Выбор параметра «скорость сдвига» (γ) проведен по кривым вязкости, полученным в исследуемых расплавах при температуре 700 °С. Выявлено, что вязкость не зависит от скорости сдвига в интервале γ = 6÷20 с–1. При измерениях температурной зависимости вязкости величина γ составляла 11 с–1. Экспериментально полученные значения вязкости расплавов LiF–BeF2–UF4 в температурном интервале от ликвидуса до 800 °С описываются линейным уравнением lgη = a + b/t, однако их температурные коэффициенты заметно отличаются, что указывает на существенную зависимость вязкости этих расплавов от состава и температуры. Полученные значения вязкости расплава 0,66LiF–0,34BeF2 согласуются с известными литературными данными в пределах 7–10 % в температурном интервале 650–750 °С. С увеличением содержания LiF вязкость расплава падает: она на 20 % ниже в расплаве 0,73LiF–0,27BeF2 при t = 650 °С. Однако при добавлении в него 2 мол.% UF4 при этой же температуре вязкость топливной соли 0,73LiF–0,27BeF2 + + UF4 возрастает на 10
ПОЛУЧЕНИЕ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВЫСОКОЧИСТЫХ ОКСИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ КРИСТАЛЛОВ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ ДЕТЕКТИРУЮЩИХ МЕДИЦИНСКИХ СИСТЕМ
No full textThe positron emission tomography (PET) detector uses scintillator crystals to provide high image quality. Cerium-activated lutetium orthosilicates are promising crystals for PET detectors. The optical properties of resulting scintillator crystals directly depend on the impurity composition of starting materials, so they are subject to considerably stringent requirements to the basic substance content: Lu2O3 – 99.999 wt.%, CeO2 – 99.99 wt.%. A starting material used for obtaining lutetium oxide of the required purity was its concentrate with a basic substance content of 99.1 wt.% with REM carbonates containing up to 54 % cerium used to obtain cerium oxide. The paper presents process flow diagrams for obtaining high-purity Lu2O3 and CeO2 based on a combination of extraction and ion exchange methods. Extraction purification of lutetium and cerium from accompanying rare-earth impurities was carried out using Aliquat 336 and tri-n-butyl phosphate, respectively. Main operating modes of extraction cascades were calculated. The total number of stages was 17 for lutetium purification, and 20 for cerium purification. The purification technology for lutetium and cerium oxides consists in combining purification methods and varying cycles depending on the content of impurities. In this regard, it is necessary to control the quality of resulting substances practically after each stage. The chemical purity of technology products was subjected to analytical control by mass spectrometry with inductively coupled plasma and a spark excitation source.В детектирующем устройстве позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) используются кристаллы-сцинтилляторы, обеспечивающие высокое качество снимков. К перспективным кристаллам для ПЭТ-детекторов относят ортосиликаты лютеция, активированные церием. Оптические свойства получаемых кристаллов-сцинтилляторов напрямую зависят от примесного состава исходных материалов, в связи с чем к ним устанавливаются достаточно жесткие требования по содержанию основного вещества: Lu2O3 – 99,999 мас.% , CeO2 – 99,99 мас.%. В качестве исходного материала для получения оксида лютеция требуемой чистоты применяли его концентрат с содержанием основного вещества 99,1 мас.%, для получения оксида церия – карбонаты редкоземельных материалов, состав которых включал до 54 % церия. В работе представлены схемы технологического процесса получения высокочистых Lu2O3 и CeO2, основанные на сочетании методов экстракции и ионного обмена. Экстракционную очистку лютеция и церия от сопутствующих редкоземельных примесей осуществляли с применением экстрагента «Aliquat 336» и три-n-бутилфосфата соответственно. Были рассчитаны основные режимы работы экстракционных каскадов. Общее количество ступеней для очистки лютеция составило 17, для очистки церия – 20. Технология очистки оксидов лютеция и церия состоит в комбинировании способов очистки и варьирования циклов в зависимости от содержания примесей, в связи с чем необходим оперативный контроль качества получаемых веществ практически после каждой стадии. Аналитический контроль химической чистоты технологических продуктов осуществлен методами масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и искровым источником возбуждения пробы
Влияние лазерной модификации поверхности на структуру и механические свойства эвтектических алюминиевых сплавов Al–8%Ca, Al–10%La, Al–10%Ce и Al–6%Ni
No full textAdditive manufacturing, which includes a set of technologies for manufacturing complex-shaped products with the required set of properties, is currently widely developed. Most additive technologies are associated with the manufacture of the product by melting and fusion of metal powder particles due to laser irradiation. Al–Ca, Al–Ce, Al–La, and Al–Ni eutectic aluminum alloys featuring excellent casting properties are supposedly promising for use in additive technologies. However, there is very little information on the effect of laser processing on such eutectic structures in the literature. In this regard, the paper investigated the effect of laser irradiation on the structure and mechanical properties of samples made of eutectic compositions, namely Al–8%Ca, Al–10%La, Al–10%Ce, and Al–6%Ni. This was achieved by continuous laser modification of their surfaces. The hardening level was evaluated by measuring the microhardness of the modified surface. The mechanisms of sample fracture under tensile testing were established. It was shown that the distribution of the second component in the structure of modified sample surfaces of all the four alloys becomes more uniform compared to the base metal structure. In the Al–8%Ca alloy, the greatest hardening effect was observed, which, however, contributes to embrittlement under tensile stress. However, the modified Al–8%Ca alloy is of interest because of its increased hardness and possibly increased wear resistance. On the contrary, laser modification of the Al–10%Ce, Al–10%La, and Al–6%Ni alloy sample surfaces provides a lower hardening effect, but increases their tensile strength with the formation of a ductile or mixed ductile-brittle fracture. The results obtained confirm the prospects of using the Al–Ca, Al–Ce, Al–La, and Al–Ni alloys in additive manufacturing.В настоящее время широко развивается аддитивное производство, включающее набор технологий изготовления изделий сложной формы с требуемым комплексом свойств. Большинство из них связаны с получением изделия путем плавления и сплавления частиц металлического порошка за счет лазерного излучения. Обладая превосходными литейными свойствами, эвтектические алюминиевые сплавы систем Al–Ca, Al–Ce, Al–La и Al–Ni могут быть перспективны для применения в аддитивных технологиях. Однако в литературе крайне мало информации о влиянии лазерной обработки на подобные структуры. В связи с этим в работе исследовали влияние лазерного излучения на структуру и механические свойства образцов из эвтектических составов, мас.%: Al–8%Ca, Al–10%La, Al–10%Ce и Al–6%Ni. Для этого осуществляли сплошную лазерную модификацию их поверхностей. Степень упрочнения оценивали с помощью измерения микротвердости модифицированной поверхности. Установлены механизмы разрушения образцов при испытании на растяжение. Показано, что в структуре модифицированной поверхности образцов всех четырех сплавов распределение второго компонента становится более однородным по сравнению со структурой основного металла. В образце Al–8%Ca наблюдался наибольший упрочняющий эффект, который, однако, способствует охрупчиванию при растяжении. Тем не менее модифицированный сплав Al–8%Ca представляет интерес из-за его повышенной твердости и, возможно, повышенной износостойкости. Напротив, лазерная модификация поверхностей образцов Al–10%Ce, Al–10%La и Al–6%Ni обеспечивает меньший упрочняющий эффект, но способствует повышению их прочности при растяжении с формированием вязкого или смешанного вязкохрупкого излома. Полученные результаты подтверждают перспективность использования сплавов систем Al–Ca, Al–Ce, Al–La и Al–Ni в аддитивном производстве
