一種製備鋁-鈧中間合金的電解質的製作方法
2023-05-28 17:01:01 2
一種製備鋁-鈧中間合金的電解質的製作方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，具體是涉及一種熔鹽電解製備鋁-鈧中間合金的電解質，屬於熔鹽電解技術領域。
【背景技術】
[0002]金屬鈧是鋁合金鑄造晶粒組織最強的變質劑和加工半成品最有效的再結晶抑制劑。含鈧鋁合金因可以大幅度改善傳統鋁合金的綜合性能(如更高的強度(>750MPa)、更高的韌性(彈性模數可超過10GPa)、更強的耐蝕性能等)而廣泛應用於航天航空工業、軍用工業、民用工業等領域。
[0003]由於金屬鈧的化學性質活潑，且金屬鈧和鋁的熔點相差極大(鈧的熔點:1541°C，鋁的熔點:660°C )，在製取含鈧鋁合金時，鈧必須以中間合金(如Al-Sc、Mg-Sc或Al-Mg-Sc等)的形式加入。研宄表明，對於鈧含量約2%的鋁-鈧中間合金，鈧在其中是以Al3Sc金屬間化合物存在，其熔點約為800°C，接近金屬鋁的熔點，便於鋁鈧合金的生產。因此，含鈧量2%的鋁-鈧中間合金成為製取含鈧鋁合金的關鍵原材料。
[0004]與對摻法、金屬熱還原法相比，熔鹽電解法製備鋁-鈧中間合金具有生產成本低、產品成份均勻且容易控制、易實現連續大規模化生產等優勢而備受國內外研宄者們的關注。從熔鹽電解質體系來看，研宄工作集中在氯化物和氟化物兩類。當以氯化物熔鹽為電解質時，電解原料採用金屬氯化物，由於對產生的氯氣沒有好的利用途徑，易對環境造成嚴重汙染，而且原料ScCl3製備流程長，設備複雜，生產成本高。
[0005]而當以氟化物為電解質時，又可分為以下幾類:(I) Sc2O3-ScF3-1iNaF.AlF3體系；
(2)Sc2O3-ScF3-LiF 體系；(3) Sc2O3-ScF3-NaF 體系；⑷ KF-AlF3-Sc2O3體系。其中，採用前三種電解質體系時，由於含鈧原料在熔體中的溶解度低(如Sc2O3在nNaF.AlF 3_ScF3熔鹽體系中的溶解度一般低於5% )，所獲產品鋁-鈧中間合金中鈧含量低而不能滿足要求；而第四種鉀冰晶石熔體的電導率低。因此，開發一種對含鈧化合物具有高溶解能力的新型電解質體系，是熔鹽電解製取高鈧含量鋁-鈧中間合金的關鍵。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對現有技術存在的不足而提供一種組分配比合理、提高含鈧化合物溶解度的製備鋁-鈧中間合金的電解質。採用本發明的電解質，在熔鹽電解法製備鋁-鈧中間合金時，可獲得含鈧量不低於2%的鋁-鈧中間合金產品，滿足了熔鹽電解製備高鈧含量的鋁-鈧中間合金的要求，為大規模生產高性能鋁鈧合金奠定基礎。
[0007]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，包括以下組分按質量百分比組成:
[0008]Na3AlF6,10% -50% ；
[0009]K3AlF6,10% -40% ；
[0010]Li3AlF6,0.5%-10% ;
[0011]AlF3,10% -30% ；
[0012]CaF2,0m
[0013]MgF2,0.5% -5% ；
[0014]Al2O3, Om
[0015]含鈧化合物，0.5% -10%，各組分質量百分之和為100%。
[0016]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，包括以下組分按質量百分比組成:
[0017]Na3AlF6,15% -50% ；
[0018]K3AlF6,15% -35% ；
[0019]Li3AlF6, 2% -9% ；
[0020]AlF3,10% -25% ；
[0021]CaF2,1% ~5% ；
[0022]MgF2,1% -5% ；
[0023]Al2O30.5% -4% ；
[0024]含鈧化合物，2% -10%，各組分質量百分之和為100%。
[0025]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，包括以下組分按質量百分比組成:
[0026]Na3AlF6, 20% -50% ；
[0027]K3AlF6, 20% -32% ；
[0028]Li3AlF6, 3% -9% ；
[0029]AlF3,10% -23% ；
[0030]CaF2,1.5% -4.5% ；
[0031]MgF2,1.5% -4.5% ；
[0032]Al2O30.8% -3% ；
[0033]含鈧化合物，4% -10%，各組分質量百分之和為100%。
[0034]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，包括以下組分按質量百分比組成:
[0035]Na3AlF6, 25% -45% ；
[0036]K3AlF6, 22% -30% ；
[0037]Li3AlF6,4% -8% ；
[0038]AlF3,10% -21% ；
[0039]CaF2, 2% ~4% ；
[0040]MgF2, 2% -4% ；
[0041]Al2O30.9% -1.5% ；
[0042]含鈧化合物，6% -10%，各組分質量百分之和為100%。
[0043]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，所述含鈧化合物選自Sc2O3，ScF3、ScCl3中的一種或多種。
[0044]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，各組分質量百分含量為:Na3AlF638%，K3A1F624%，Li3AlFJ%，A1F319%，CaF23%，MgF23%，Al2O3I%，Sc2035%，熔體溫度為 880°C時，Sc2O3在該電解質中的溶解度達8.76%。
[0045]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，各組分質量百分含量為:Na3AlF637%，K3A1F627%, Li3AlF66%, A1F318%, CaF24%, MgF22%, Al2032%，ScF34%，熔體溫度為 905°C時，ScF3在該電解質中的溶解度達7.48 %。
[0046]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，各組分質量百分含量為:Na3AlF646%，K3A1F625.5%, Li3AlF64%, AlF3Il%，CaF22%, MgF24%, Al2O3L 5%, ScC136%，熔體溫度為940°C時，ScCl3在該電解質中的溶解度達9.87 0Z0o
[0047]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，各組分質量百分含量為:Na3AlF637%，K3A1F623 %，Li3AlF67 %，A1F318 %，CaF23 %，MgF23 %，Al2O3I %，Sc2035 %，ScFs3 %，熔體溫度為875°C時，Sc203、ScF^該電解質中的溶解度分別達5.73%,3.34%。
[0048]本發明一種製備鋁-鈧中間合金的電解質，各組分質量百分含量為:Na3AlF636%，K3A1F624 %，Li3AlF68 %，A1F319 %，CaF22 %，MgF22 %，Al2032 %，Sc2033 %，ScF32 %，ScC132 %，熔體溫度為886 °C時，Sc2O3, ScF3, 5化13在該電解質中的溶解度分別達3.36%,3.14%,
3.47%。
[0049]本發明由於採用上述組分配比，K3AlF6可有效提高含鈧化合物的溶解度；Li 3A1F6可提高電解質電導率，降低K3AlF6對電解質導電率降低的影響；CaFjP MgF2可改善電解質的界面性質等。從而在提高含鈧化合物在電解質中溶解度的同時而不影響熔體其他物理化學性質的改變。
[0050]本發明設計的製備鋁-鈧中間合金的電解質，在過熱度5°C _20°C的電解溫度下，可保持含鈧化合物在該電解質中的溶解度為6.0% -10.0%。與傳統電解製備鋁-鈧中間合金的電解質相比，含鈧化合物在本發明製備鋁-鈧中間合金的電解質中的溶解度提高了1.0% _5.0%，電解製備的鋁-鈧中間合金中鈧含量提高了 0.5% -2.5%。
[0051]本發明與現有技術相比，具有如下有益效果:
[0052]1.本發明提供的一種製備鋁-鈧中間合金的電解質體系，與傳統電解質相比，含鈧化合物在該體系中的溶解度有所提高。例如，當Na3AlF6、K3AlF6、Li3AlF6、AlF3、CaF2、MgF2、Al2O3在電解質中的質量百分比為40:25:8:20:3:3:1，熔體溫度為870 V時，Sc 203在該電解質中的溶解度提高了約3.57%，ScF3在該電解質中的溶解度提高了約2.67%，ScCl 3在該電解質中的溶解度提高了約4.54%，分別達到8.61%、7.36%及9.33%。
[0053]2.本發明提供的一種製備鋁-鈧中間合金的電解質體系，與傳統電解質相比，採用該體系電解製取的鋁-鈧中間合金中的鈧含量提高。例如，在電解溫度950°C及陰極電流密度1.5A/cm2條件下，當電解質中Sc 203的濃度為6%，Al 203的濃度為2%時，電解製取的鋁-鈧中間合金中鈧含量達3.04%，與傳統電解質相比，提高了約1.54%。
[0054]綜上所述，本發明組分配比合理、可有效提高含鈧化合物溶解度，採用本發明的電解質，在熔鹽電解法製備鋁-鈧中間合金時，可獲得含鈧量不低於2%的鋁-鈧中間合金產品，本發明電解質體系在過熱度5°C _20°C的溫度下，可保持含鈧化合物在該電解質中的溶解度為6.0% -10.0%。與傳統電解製備鋁-鈧中間合金的電解質相比，含鈧化合物在本發明製備鋁-鈧中間合金電解質中的溶解度提高了 1.0% -5.0%,電解製備的鋁-鈧中間合金中的鈧含量提高了 0.5%-2.5%，滿足了熔鹽電解製備高鈧含量的鋁-鈧中間合金的要求，為大規模生產高性能鋁鈧合金奠定基礎。
【具體實施方式】
[0055]下面結合實施例，對本發明作進一步詳細說明，但不限制為發明的保護範圍。
[0056]本發明實施例中，採用等溫過飽和法與X-射線螢光光譜儀相結合的方式獲得含鈧化合物在熔體中的溶解度；採用電感耦合等離子體-原子發射光譜儀(ICP-A