Эрбий в слитках ЭрМ-3 в Минске

Эрбий в слитках ЭрМ-3 — металл с заданным уровнем чистоты для вакуумной металлургии

Эрбий в слитках марки ЭрМ-3 — это редкоземельный металл с нормируемым содержанием основного компонента и контролируемыми примесями, предназначенный для легирования специальных сплавов, производства магнитострикционных материалов и компонентов оптоэлектроники. Марка ЭрМ-3 регламентируется техническими условиями ТУ 48-4-208-72 и представляет собой эрбий с массовой долей основного элемента не менее 99,0 %, что соответствует категории технической чистоты.

Слитки ЭрМ-3 поставляются в виде литых заготовок, полученных методом вакуумной индукционной плавки с последующей кристаллизацией в водоохлаждаемых изложницах. Металл имеет характерный серебристо-серый цвет, плотность 9,05 г/см и температуру плавления 1529 C. В отличие от более чистых марок ЭрМ-1 и ЭрМ-2, ЭрМ-3 допускает повышенное содержание кислорода, азота и углерода, что определяет его применение в менее ответственных узлах, где не требуется сверхвысокая чистота по газовым примесям.

Химический состав и нормируемые примеси

Основное отличие марки ЭрМ-3 от аналогов — расширенный диапазон допустимых примесей при сохранении стабильных физико-механических характеристик. Содержание редкоземельных примесей (иттрия, тулия, иттербия, лютеция) в сумме не превышает 0,5 %, а суммарное содержание нередкоземельных металлов — 0,3 %.

Структура и физико-механические характеристики

Слитки ЭрМ-3 имеют крупнокристаллическую структуру с гексагональной плотноупакованной решеткой (-модификация), стабильной вплоть до температуры полиморфного превращения 1494 C. Предел прочности при растяжении литого металла составляет 120–160 МПа, относительное удлинение — 8–12 %. Твердость по Бринеллю находится в диапазоне 45–60 HB, что позволяет подвергать слитки механической обработке резанием и пластической деформации без предварительного нагрева.

Эрбий ЭрМ-3 проявляет парамагнитные свойства при комнатной температуре и переходит в антиферромагнитное состояние при температуре Нееля 80 К. Данная особенность делает марку востребованной при производстве криогенных магнитных систем и датчиков температуры на основе эффекта магнитосопротивления.

Технологические особенности переработки

Слитки ЭрМ-3 поставляются массой от 0,5 до 5 кг, что обеспечивает удобство дозирования при введении в расплав. Металл склонен к окислению на воздухе при нагреве выше 200 C, поэтому плавку и термическую обработку проводят в вакууме не хуже 1,3 10 Па или в атмосфере очищенного аргона. При хранении слитков рекомендуется использовать герметичную тару с осушителем, поскольку эрбий активно взаимодействует с влагой, образуя гидроксид Er(OH).

Для введения эрбия ЭрМ-3 в стальные и никелевые расплавы применяют лигатуры на основе алюминия или кремния, что снижает угар редкоземельного металла и обеспечивает равномерное распределение по объему слитка. При производстве магнитострикционных сплавов типа Terfenol-D эрбий ЭрМ-3 используется в паре с диспрозием, при этом суммарное содержание примесей в исходной шихте напрямую влияет на коэффициент магнитострикции готового материала.

Применение в промышленности

• Легирование жаропрочных никелевых сплавов для лопаток газотурбинных двигателей — повышает сопротивление ползучести при 900–1100 C.
• Производство магнитострикционных преобразователей для гидроакустических станций и ультразвуковых излучателей.
• Изготовление активных сред твердотельных лазеров с длиной волны 1,54 мкм (эрбиевые стекла и кристаллы YAG:Er).
• Модифицирование алюминиевых сплавов для аэрокосмической отрасли — измельчение зерна и повышение коррозионной стойкости.
• Производство ядерно-физических мишеней и поглощающих элементов для регулирования реактивности исследовательских реакторов.
• Изготовление термоэлектродных материалов для высокотемпературных термопар, работающих в окислительной среде.

Условия поставки и входной контроль

Слитки ЭрМ-3 маркируются несмываемой краской с указанием номера плавки и массовой доли эрбия. Каждая партия сопровождается сертификатом качества с результатами спектрального анализа по 20–25 контролируемым примесям. При входном контроле на предприятии-потребителе рекомендуется проверять геометрические размеры слитков, состояние поверхности (отсутствие окалины, трещин и раковин) и проводить выборочный химический анализ от каждой десятой единицы продукции.

Для предприятий, использующих эрбий ЭрМ-3 в технологических процессах с высокими требованиями к чистоте по газовым примесям, предусмотрена дополнительная операция вакуумной дистилляции, позволяющая снизить содержание кислорода до уровня 0,01 % и приблизить характеристики материала к марке ЭрМ-2.

Вопросы и ответы