ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет», Иркутск, Россия:

М. П. Кузьмин, доцент кафедры металлургии цветных металлов, канд. техн. наук, эл. почта: mike12008@yandex.ru
Л. М. Ларионов, научный сотрудник инновационно-технологического центра, эл. почта: larionov59@rambler.ru
М. Ю. Кузьмина, доцент кафедры металлургии цветных металлов, канд. хим. наук, эл. почта: kuzmina.my@yandex.ru
А. С. Кузьмина, научный сотрудник отдела синтеза наноструктур, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: kuzmina.istu@gmail.com

Представлен обзор существующих способов получения силуминов. Показана возможность получения литейных сплавов с использованием аморфного микрокремнезема, а также перспективность данного направления исследований. Рассмотрены различные методы введения частиц SiO₂ в алюминиевый расплав — в виде таблетированных лигатур «алюминиевый порошок – SiO₂», путем замешивания частиц в расплав, находящийся «в твердожидком состоянии», путем вдувания частиц в расплав совместно с потоком аргона. Определено, что наиболее эффективен способ получения литейных силуминов путем восстановительного обжига кремнийсодержащей шихты, %: 60 SiO₂, 40 Al + 20 3NaF·2AlF₃ при t = 800 ^oC и последующей индукционной плавки спека совместно с алюминием под слоем низкомодульного криолита. Установлено, что кремний, образующийся при обжиге таблетировнной шихты (в результате протекания реакций в твердых фазах), плавно усваивается алюминиевым расплавом. Оксид алюминия, полученный в результате протекания окислительно-восстановительной реакции, растворяется в криолите, после чего алюминий и кремний сплавляются и переходят в расплав. Определено, что данный способ обеспечивает полное усвоение кремния из состава аморфного диоксида кремния в расплаве алюминия и позволяет получать заэвтектические литейные силумины с содержанием кремния более 16 % (мас.). Расходные коэффициенты (основанные на лабораторных испытаниях) позволяют говорить о возможности промышленной реализации предложенного способа, способствующего повышению эффективности технологического процесса получения силуминов за счет частичного исключения из него энергозатратной стадии производства технического кремния, а также снижению экологической нагрузки на окружающую среду.

Исследование выполнено за счет гранта по финансовой поддержке научно-педагогических коллективов ИРНИТУ (проект № 02-ФПК-19).

1. Кузьмин П. Б., Кузьмина М. Ю. О производстве чушек первичных силуминов, модифицированных стронцием // Литейное производство. 2014. № 8. С. 2–5.
2. Zhi-kai Zheng, Yong-jian Ji, Wei-min Mao et al. Influence of rheo-diecasting processing parameters on microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al – 30 % Si alloy // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017. Vol. 27. P. 1264–1272.
3. Steent A. H., Hellawell A. Structure and properties of alumini um-silicon eutectic alloys // Acta Metallurgica. 1972. Vol. 20. P. 363–370.
4. Pietrowski S. Characteristic features of silumin alloys crystallization // Materials & Design. 1997. Vol. 18 (4–6). P. 373–383.

5. Bo Jiang, Zesheng Ji, Maoliang Hu et al. A novel modifier on eutectic Si and mechanical properties of Al – Si alloy // Materials Letters. 2019. Vol. 239. P. 13–16.
6. Попов С. И. Металлургия кремния в трехфазных руднотермических печах. — Иркутск : ЗАО «Кремний», 2004. — 237 с.
7. Айлер Р. Химия кремнезема. — М. : Мир, 1982. — 416 с.
8. Kuz’min M. P., Kondrat’ev V. V., Larionov L. M. et al. Possibility of preparing alloys of the Al – Si system using amorphous microsilica // Metallurgist. 2017. Vol. 61. P. 86–91.
9. Kuz’min M. P., Kondratiev V. V., Larionov L. M. Production of Al – Si Alloys by the Direct Silicon Reduction from the Amorphous Microsilica // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. P. 647–652.
10. Арабей А. В., Рафальский И. В. Синтез алюминиево-кремниевых сплавов методом прямого восстановления кремния с использованием алюмоматричных композиционных лигатур // Литье и металлургия. 2011. № 3. С. 19–25.

11. Луц А. Р. Ресурсосберегающие способы синтеза силуминов с использованием кварцсодержащих материалов, лома и отходов алюминиевых сплавов : дис. … канд. техн. наук. — Самара, 2006. — 225 с.
12. Jeon J. H., Shin J. H., Bae D. H. Si phase modification on the elevated temperature mechanical properties of Al – Si hypereutectic alloys // Materials Science & Engineering A. 2019. Vol. 748. P. 367–370.
13. Shaodong Hu,Yanchao Dai, Annie Gagnoud et al. Effect of a magnetic field on macro segregation of the primary silicon phase in hypereutectic Al – Si alloy during directional solidi fication // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 722. P. 108–115. 
14. Chong L., Wu S., Lü S. et al. Dry sliding wear behavior of rheocast hypereutectic Al – Si alloys with different Fe contents // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016. Vol. 26. P. 665–675.
15. Feng H. K., Yu S. R., Li Y. L., Gong L. Y. Effect of ultrasonic treatment on microstructures of hypereutectic Al – Si alloy // Journal of Materials Processing Technology. 2008. Vol. 208 (1–3). P. 330–350.
16. Bo Jiang, Zesheng Ji, Maoliang Hu et al. A novel modifier on eutectic Si and mechanical properties of Al – Si alloy // Materials Letters. 2019. Vol. 239. P. 13–16.
17. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
18. Гаврилин И. В., Кечин В. А., Колтышев В. И. Применение кремнийсодержащих материалов для получения сплавов алюминий – кремний // Теория и технология литейных сплавов. 1999. № 1. С. 10–12.
19. Кузьмин М. П., Кондратьев В. В., Ларионов Л. М. и др. Получение Al – Si сплавов методом прямого восстановления кремния из аморфного микрокремнезем // Цветные металлы и минералы. Сб. докл. Десятого междунар. конгресса, 2018. С. 1004–1011.
20. Терентьев В. Г. Производство алюминия. — Иркутск : Папирус–АРТ, 1998. — 350 с.
21. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов : монография. — М. : Изд. дом МИСиС, 2010. — 509 с.
22. Zenkov E. V., Tsvik L. B. Formation of divergent testing efforts and experimental evaluation of material strength under biaxial stretching // PNRPU Mechanics Bulletin. 2015. Iss. 4. P. 110–120.
23. Zenkov E. V., Tsvik L. B. Increasing the reliability the combined criteria of the static strength of a material of complexly loaded deformable structures // Materials Physics and Mechanics. 2018. Vol. 40, No. 1. P. 124–132.
24. Zenkov E. V., Tsvik L. B. The formation of differently directed test forces and experimental evaluation of material strength under biaxial stretching // PNRPU Mechanics Bulletin. 2018. No. 1– 2. P. 71–76.
25. Никаноров А. В. Сравнительный анализ компьютерных программ для моделирования литейных процессов // Вестник ИрГТУ. 2018. Т. 22, № 11. С. 209–218.
26. Fedorov S. N., Bazhin V. Y. Development of mechanical properties of aluminum-silicon alloys // Smart Nanocomposites. 2015. Vol. 6, No. 2. P. 199–202.
27. Горланов Е. С., Бажин В. Ю., Федоров С. Н. Низкотемпературное фазообразование в системе Ti – B – C – O // Цветные металлы. 2017. № 8. С. 76–82.
28. Gorlanov E. S., Bazhin V. Yu., Fedorov S. N. Carbide formation at a carbon-graphite lining cathode surface wettable with aluminum // Refractories and Industrial Ceramics. 2016. Vol. 57, Iss. 3. P. 292–296.
29. Gowri Shankar M. C., Jayashree P. K., Kini Achutha U. et al. Effect of silicon oxide (SiO₂) reinforced particles on ageing behavior of Al–2024 Alloy // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2014. Vol. 5 (9). P. 15–21.