一種高鐠含量的鎂鐠合金及其熔鹽電解製備方法
2023-05-16 19:39:46 2
專利名稱：一種高鐠含量的鎂鐠合金及其熔鹽電解製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種鎂基合金，具體地說是一種鎂鐠合金。本發明還涉及一種鎂鐠合金的製備方法。
背景技術：
鎂合金具有比重低、比強度高、易加工和回收等優良性能，以及良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能，在汽車、航空航天工業中得到廣泛的應用。可是鎂易與空氣、水作用而被氧化和吸氫、傳統鎂合金耐蝕、耐磨、耐熱、強度特別是抗高溫蠕變性能較差，限制了其廣泛應用，不能滿足關鍵部件發動機和傳動部件方面的需要。然而，往鎂合金中添加適量的稀土(作為添加劑和合金成份元素)，就能產生淨化(除氫、脫氧、除鐵等雜質)、細化組織(晶粒和枝晶)和合金化作用，從而改善鎂合金熔鑄過程(提高流動性、提高起燃溫度、減少氣孔疏鬆、蝕點、氧化物夾渣和裂紋)，提高鎂合金產品質量(耐熱、耐蝕、抗高溫蠕變和機械力 學性能)。由此可見，組合我國鎂和稀土兩個資源優勢，採用先進工藝生產優質廉價好用的高稀土含量的鎂稀土合金是具有商業應用前景的。鎂稀土合金分為(I)低稀土含量(< I %重量)鎂合金，稀土作為添加劑用以提升傳統鎂合金綜合性能或特殊單項性能的結果；(2)中稀土含量(1%<RE<7%重量)鎂合金，該系列鎂合金在耐熱、抗高溫蠕變、耐腐蝕等性能方面有良好表現；(3)高稀土含量(7-20%重量)的先進鎂合金，該系列鎂合金是近期開發的高附加值材料，可用於生物醫學材料，也可以用於製備含稀土的鎂基合金的中間合金。但是開發稀土鎂合金存在兩個問題
(I)稀土價格高，用不起；(2)稀土不好加入，成份不均勻，收率低。
發明內容
本發明的目的在於提供一種成本低的高鐠含量的鎂鐠合金。本發明的目的還在於提供一種能延長設備的使用壽命，節省能源，降低生產成本的高鐠含量的鎂鐠合金的熔鹽電解製備方法。本發明的目的是這樣實現的本發明的高鐠含量的鎂鐠合金含有質量分數為9. 7 23. 2%的鐠和餘量的鎂。本發明的高鐠含量的鎂鐠合金的熔鹽電解製備方法為在電解爐內，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3為電解質體系，各電解質的質量配比為44 45%、44 45%、8 9%、1 4%，然後加熱至630°C熔融，以金屬鎢或鑰為工作電極，石墨為輔助電極，銀/氯化銀(lwt. % )為參比電極，電解溫度630°C下，電位值控制在_1.85V±0. 5V，經180分鐘的電解，在熔鹽電解槽於工作電極附近沉積出含有質量分數為9. 7 23. 2%的鐠和餘量的鎂的鎂鐠合金。所述的LiCl、KCl和MgCl2在300°C下乾燥24小時。所述的PrCl3是由氧化鐠和氯化銨按質量比4 I混合後，在真空乾燥箱中氯化製備得到的，氯化溫度為350°C，氯化時間為90分鐘。
針對已有技術中存在的問題，本發明提出用熔鹽共電沉積的方法在低於鎂熔點的溫度下恆電位電解製備高鐠含量的鎂鐠合金，用以生產廉價、好用的鎂鐠合金。本發明不用任何金屬作為原料，而是全部採用金屬氯化物為原料，通過控制電解質配比可以得到不同組成的高鐠含量的鎂鐠合金，合金中鐠的質量分數為9. 7 23. 2%。整套工藝簡單，對設備和實驗條件要求低，能耗和汙染小。本發明的特點在於(I)既不用金屬鎂，也不用稀土金屬鐠，而是全部採用金屬氯化物為原料，採用熔鹽共沉積的方法恆電位電解直接製備鎂鐠合金，因此使生產流程大大縮短，工藝簡單；(2)本發明的電解溫度較低^30°c)，低於單獨熔鹽電解金屬鎂的溫度(660-7200C )和金屬鐠的溫度(950°C )。因此，可以延長設備的使用壽命，節省能源，降低 生產成本。
圖 I :鑰電極(S = 0. 322cm2)上得到的 LiCl KCl MgCl2 PrC13 (48. 5 48. 5
0.5 2. 5wt. % )熔鹽體系的循環伏安圖，掃速100mV/s，溫度903K ；圖2 :實例2中製備的合金樣品的XRD圖譜；圖3 (a)-圖3 (d):實施例4中製備的合金樣品的外貌和SEM照片及EDS面掃描照片，其中圖3(a)合金外貌照片；圖3(13)合金SEM照片；圖3(合金中鎂分布的面掃描(MgK);圖3(d)合金中鐠分布的面掃描(Pr L)。
具體實施例方式下面舉例對本發明作更詳細的描述實施例I :在電解爐內，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3熔鹽電解質體系，體系中各電解質的質量配比為LiCl KCl MgCl2 PrCl3 = 45 45 9 1，工作電極採用耐腐蝕的惰性陰極，如鎢和鑰，輔助電極採用石墨，銀/氯化銀(lwt. % )為參比電極，電位值控制在-I. 85V附近，在630°C下進行離子共沉積，電解時間為3小時。在熔鹽電解槽於工作電極附近沉積出鎂鐠合金，合金中鐠的質量分數為9. 7%。其中的氯化鋰、氯化鉀和氯化鎂在300°C下乾燥24小時，無水氯化鐠是由氧化鐠和氯化銨按質量比4 I混合後，在真空乾燥箱中氯化製備得到的，氯化溫度為350°C，氯化時間為90分鐘。實施例2 :在電解爐內，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3熔鹽電解質體系，體系中各電解質的質量配比為LiCl KCl MgCl2 PrCl3 = 45 45 8 2，工作電極採用耐腐蝕的惰性陰極，如鎢和鑰，輔助電極採用石墨，銀/氯化銀(lwt. % )為參比電極，電位值控制在-1.85V附近，在630°C下進行離子共沉積，電解時間為3小時。在熔鹽電解槽於工作電極附近沉積出鎂鐠合金，合金中鐠的質量分數為14. 5%。實施例3 :在電解爐內，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3熔鹽電解質體系，體系中各電解質的質量配比為LiCl KCl MgCl2 PrCl3 = 45 45 9 3，工作電極採用耐腐蝕的惰性陰極，如鎢和鑰，輔助電極採用石墨，銀/氯化銀(lwt. % )為參比電極，電位值控制在-1.85V附近，在630°C下進行離子共沉積，電解時間為3小時。在熔鹽電解槽於工作電極附近沉積出鎂鐠合金，合金中鐠的質量分數為18.6%。實施例4 :在電解爐內，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3熔鹽電解質體系，體系中各電解質的質量配比為LiCl KCl MgCl2 PrCl3 = 45 45 8 4，工作電極採用耐腐蝕的惰性陰極，如鎢和鑰，輔助電極採用石墨，銀/氯化銀(lwt. % )為參比電極，電位值控制在-1.85V附近，在630°C下進行離子共沉積，電解時間為3小時。在熔鹽電解槽於工作電極附近沉積出鎂鐠合金，合金中鐠的質量分數為23. 2%。在以上的實施例中可以看出加大無水氯化鐠在電解質體系中的質量比，其餘條件不變，可以明顯提高合金中的鐠含量。附圖I 是在 LiCl KCl MgCl2 PrCl3(48. 5 48. 5 0. 5 2. 5wt. % )熔鹽體系中，以鎢電極為工作電極，石墨為輔助電極，銀/氯化銀(lwt. %)為參比電極得到的 循環伏安圖。在-1.83V(vsAg/AgCl)左右，出現了鎂-鐠的合金峰。附圖2是實例2中製備的合金樣品的XRD圖譜。附圖3是實施例4中製備的合金樣品從熔鹽取出未經處理時的外貌和掃瞄電子顯微鏡(SEM)照片及面掃描照片。EDS面掃描照片中可以清楚的看到稀土金屬鐠集中在鎂鐠金屬間化合物相中，沒有固溶在金屬鎂相中。
權利要求
1.一種高鐠含量的鎂鐠合金，其特徵是含有質量分數為9. 7 23. 2%的鐠和餘量的鎂。
2.一種高鐠含量的鎂鐠合金的熔鹽電解製備方法，其特徵是在電解爐內，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3為電解質體系，各電解質的質量配比為44 45%、44 45%、8 9%、1 4%，然後加熱至630°C熔融，以金屬鎢或鑰為工作電極，石墨為輔助電極，銀/氯化銀為參比電極，電解溫度630°C下，電位值控制在-I. 85V±0. 5V，經180分鐘的電解，在熔鹽電解槽於工作電極附近沉積出含有質量分數為9. 7 23. 2%的鐠和餘量的鎂的鎂鐠合金。
3.根據權利要求2所述的高鐠含量的鎂鐠合金的熔鹽電解製備方法，其特徵是所述的LiCl、KCl和MgCl2在300°C下乾燥24小時。
4.根據權利要求2或3所述的高鐠含量的鎂鐠合金的熔鹽電解製備方法，其特徵是所述的PrCl3是由氧化鐠和氯化銨按質量比4 I混合後，在真空乾燥箱中氯化製備得到的，氯化溫度為350°C，氯化時間為90分鐘。
全文摘要
本發明提供的是一種高鐠含量的鎂鐠合金及其熔鹽電解製備方法。在電解爐內，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3為電解質體系，各電解質的質量配比為44～45％、44～45％、8～9％、1～4％，然後加熱至630℃熔融，以金屬鎢或鉬為工作電極，石墨為輔助電極，銀/氯化銀(1wt.％)為參比電極，電解溫度630℃下，電位值控制在-1.85V附近，經180分鐘的電解，在熔鹽電解槽於工作電極附近沉積出含有質量分數為9.7～23.2％的鐠和餘量的鎂的鎂鐠合金。本發明不用任何金屬作為原料，而是全部採用金屬氯化物為原料，通過控制電解質配比可以得到不同組成的高鐠含量的鎂鐠合金，合金中鐠的質量分數為9.7～23.2％。整套工藝簡單，對設備和實驗條件要求低，能耗和汙染小。
文檔編號C22C23/06GK102644014SQ201210122539
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者唐浩, 張密林, 張志儉, 韓偉, 顏永得 申請人:哈爾濱工程大學