Применение технологии литья в электромагнитное поле позволило получить уникальную термостойкую проволоку повышенной прочности. Достигнутая термически стабильная структура (до 400°С) существенно превосходит по термической устойчивости известные алюминиевые сплавы (до 250-300°С).

Ранее сплавы с подобной структурой пытались изготавливать с использованием сложной и дорогостоящей технологии, включающей сверхбыструю кристаллизацию расплава, получение гранул и последующие методы порошковой металлургии.

Развиваемая на предприятии ООО "НПЦ Магнитной гидродинамики" технология литья в ЭМК весьма привлекательна для использования при производстве сплавов, легированных элементами c весьма ограниченной растворимостью в алюминии. К таким элементам, например, можно отнести РЗМ цериевой группы, железо и др. Уникальные условия кристаллизации, реализуемые при литье в ЭМК, позволяют формировать в таких сплавах микроструктуры уже в исходном литом состоянии содержащие наноразмерных частицы вторых фаз. Их малый размер, а также большая протяженность межфазных границ при определенных условиях термических или деформационно-термических воздействиях, открывает новые возможности для управления комплексом свойств алюминиевых сплавов и даже для создания нового класса конструкционных и электротехнических материалов на его основе.

Кроме того, использование технологий литья в ЭМК может быть весьма перспективной при производстве сплавов типа твердых растворов на основе систем Al-Si, Al-Ca и Al-ПМ. Сверхвысокие скорости кристаллизации при реализации данного вида/типа литья могут обеспечить в таких сплавах аномальное пересыщение алюминиевого твердого раствора и позволить максимально реализовать в них эффект упрочнения при дисперсионном твердении и, следовательно, достичь нового уровня свойств.

В настоящее время наиболее легированными сварочными проволоками для сварки и аддитивных технологий, обеспечивающими высокую прочность сварных швов и наплавленных слоев, являются проволоки из алюминиевых сплавов типа Св1571 и Scalmalloy. Эти сплавы легированы скандием, который хорошо растворяется в алюминии и не образует первичных интерметаллидов в слитке даже при содержании Sc ~0,7% масс.Проведенные эксперименты по созданию проволок, легированных переходными металлами, показали, что эффективным способом получения дисперсной структуры интерметаллидов переходных металлов в алюминии является применение метода электромагнитной кристаллизации при литье слитка малого диаметра. На основе результатов исследований можно сделать вывод, что литье в электромагнитный кристаллизатор слитков малого сечения диаметром 8-12мм является перспективным способом для создания проволоки для аддитивной технологии.

Технология литья в ЭМК дала колоссальный эффект по сравнению с литьем в кристаллизатор скольжения за счет уменьшения отходов при подготовке слитков к дальнейшей обработке. Поверхность слитков из кристаллизатора скольжения обдирается на толщину до 20 мм, а слиток из ЭМК выходит с зеркальной поверхностью. Более того, НПЦ МГД удалось уменьшить размеры слитка до размеров пограничной зоны сверхбыстрой кристаллизации металла за счет ускоренного охлаждения. Предложенное оборудование имеет большой потенциал как по развитию технологии, так и по получению новых сплавов с уникальными физико-механическими свойствами, структурой и химическим составом.

Технология кардинально отличается от существующих. Кристаллизация жидкого металла происходит в высокочастотном электромагнитном поле с непосредственной подачей охлаждающей жидкости на слиток. За счет этого и интенсивного магнитогидродинамического воздействия на границе раздела фаз достигаются высокие скорости охлаждения (свыше 100 K/c), что обеспечивает получение длинномерных заготовок с диспергированной структурой, как в гранульной технологии, которая является сложной и дорогой. При этом все закономерности, выявленные при разработке гранулированных алюминиевых сплавов, можно перенести и использовать при выборе сплавов, изготавливаемых по данной технологии.

При литье на данном оборудовании предложенного нами сплава удалось получить термостойкую проволоку повышенной прочности. Сейчас мы занимаемся определением её физико-механических свойств, и первые результаты уже весьма впечатляющие. Проведена непосредственная деформация длинномерной заготовки – прокатка и волочение – без использования традиционных для алюминиевых сплавов операций гомогенизации и закалки. Ключевой особенностью являлись режимы литья и отжига, которые позволяют получить структуру из термически стабильных наночастиц, содержащих медь, марганец и цирконий.

Сочетание множества процессов и их взаимное влияние при литье в ЭМК является ярким примером синергетического эффекта, возникающего в задачах прикладной магнитной гидродинамики и выражающемся в качественных свойствах прутковой заготовки. Одной из наиболее сложных задач, стоящих перед нами при развитии технологии и формировании ее теоретических основ, было - установить и количественно охарактеризовать данные взаимосвязи. Точное понимание характера взаимодействия электромагнитных, тепловых и гидродинамических полей, а также закономерностей формирования микроструктуры слитков, позволило найти условия стабилизации литья в полувзвешанном состоянии. После более чем 15 летней работы и труда множества инженеров и ученых, удалось создать полноценный высокотехнологичный промышленный комплекс, обеспечивающий современную потребность в высоколегированных сплавах с повышенными физико-механическими свойствами.

Технология литья в электромагнитный кристаллизатор была разработана советским ученым Гецелевым З.Н. и показала ряд преимуществ при литье крупногабаритных плоских и цилиндрических слитков перед литьем в кристаллизатор скольжения. С появлением надежных полупроводниковых генераторов высокой частоты была предложена идея аналогичным способом получать цельнолитую алюминиевую проволоку. Проведение экспериментальных работ по литью слитков малого сечения в электромагнитный кристаллизатор показало кардинальное изменение микроструктуры. Структура и физико-механические свойства оказались близки к образцам, получаемым по гранульной технологии. Более глубокие исследования показали, что данная технология также способствует полному удалению неметаллических включений без применения дополнительного рафинирующего оборудования. Таким образом была разработана альтернатива гранульной технологии, лишенная ее недостатков. Получение слитков с уникальными свойствами стимулировало создание комплекса опытно-промышленного оборудования и технологии ElmaCast™.