一種採用混合稀土氧化物生產稀土鎂合金的方法
2023-05-22 03:28:31
專利名稱：一種採用混合稀土氧化物生產稀土鎂合金的方法
技術領域：
本發明涉及冶煉技術領域，尤其涉及一種採用混合稀土氧化物生產稀土鎂合金的方法
背景技術：
鎂合金是目前最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、導電導熱性能好、良好的鑄造性能、易於加工成型等一系列優點，被譽為「21世紀綠色工程金屬」，廣泛應用於汽車、電子及航天航空等領域。近年來，隨著汽車等工業的發展對更高強度和更輕質鎂合金的迫切需求，稀土鎂合金的研究成為一大熱點。稀土的加入對改善鎂合金組織、起燃溫度、耐腐蝕性、力學性能具有重要作用。但是當稀土加入量過高時，則會形成稀土的化合物使稀土的強化作用減弱， 當兩種以上稀土同時加入時絕對量不大於一種稀土的加入量，對鎂合金性能改善更加明顯，多元稀土複合強化是鎂合金強化的新趨勢。現有的製備稀土鎂合金的方法，主要採用Mg-稀土中間合金製造稀土鎂合金法，該方法往往受到稀土分離技術及分離成本的制約，導致稀土元素價格昂貴，顯著地提高了稀土鎂合金的生產成本，嚴重製約了其在工業領域中的應用。例如，公開號為 CN101831569A，名稱為「一種採用稀土氧化物生產稀土鎂合金的方法」的中國專利就公開了一種採用稀土氧化物生產稀土鎂合金法，但是，該專利所公開的方法同樣需要從混合稀土原料中分離出單一稀土氧化物原料，也會導致生產成本提升。混合稀土是潛在的多功能原料，且價格遠比單一稀土原料低廉，尤其是混合稀土氧化物。因此，為了尋求低成本高附加值、充分有效地利用稀土資源，研究生產工藝便捷、價格低廉的高性能稀土鎂合金，使其能夠更廣泛的應用於工業領域中，具有十分重要的意義。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供。為解決上述技術問題，本發明提供了一種採用混合稀土氧化物製備稀土鎂合金的方法，其採用如下步驟
步驟一、將混合稀土氧化物粉末分散、均勻的加入鎂液；
步驟二、使混合稀土氧化物與鎂液不斷接觸；
步驟三、控制混合稀土氧化物的還原量；
步驟四、被還原成單質的稀土元素與熔融的鎂液結合得到稀土鎂合金；
所述步驟一是將微米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物混入鎂合金用精煉劑中；所述稀土鎂合金是鑭、鈰稀土含量分別為0. 3%至I. 0%和0. 15%至0. 5%的稀土鎂合金。優選的技術方案是，所述富鑭、鈰混合稀土氧化物中鑭、鈰氧化物的總量大於所述混合稀土氧化物的91%，其餘為鑭族其他元素氧化物；所述鑭氧化物的含量在鑭、鈰氧化物的總量的45%至52%之間；所述精煉劑中加入的鑭、鈰混合稀土氧化物質量為原精煉劑的5 wt. %至25 wt. %，添加的精煉劑質量為爐料的2. 5 wt. %，純鑭、鈰稀土氧化物為所述精煉劑的 0. 3 wt. % 至 I. 0 wt. %。更近一步優選的技術方 案是，所述步驟一至步驟四，還包括如下步驟步驟I、根據要製備鎂合金中鑭、鋪的含量，選擇質量為所述精煉劑的5 wt. %-25 wt. %的富鑭、鋪混合稀土氧化物的相應比例，將粉末與其相應質量的原精煉劑進行充分混合，製備出含一定比例的富鑭、鈰混合稀土氧化物精煉劑。步驟2、將上述步驟I所述的含混合稀土氧化物精煉劑在200攝氏度左右烘乾去除水分，將烘乾的精煉劑分批加入到700°C -730°C熔融的金屬鎂液中；步驟3、每批加入的所述精煉劑將金屬鎂液面全部覆蓋形成2mm左右覆蓋層後進行上下翻動形式的攪拌；步驟4、當覆蓋的所述精煉劑沉入金屬鎂液後，再添加所述精煉劑進行攪拌直至將預定質量的精煉劑加完；步驟5、所述精煉劑加完攪拌時間不足30分鐘，則添加普通精煉劑攪拌至30分鐘；步驟6、取樣分析稀土含量，加普通精煉劑覆蓋靜置10分鐘後，用鑭或鈰稀土中間合金調整成分。所述富鑭、鈰混合稀土氧化物的相應比例是指，富鑭、 鈰混合稀土氧化物還原出的單質鑭、鈰的量不超過要製備的鎂合金中鑭、鈰的含量的任意一種。本發明直接採用價格更低廉的混合稀土氧化物來代替鎂-稀土中間合金生產稀土鎂合金，省略了原來先用混合稀土氧化物分離出稀土氧化物，再由稀土氧化物還原製成金屬稀土，用金屬稀土和鎂製成鎂-稀土中間合金，再在鎂液中添加鎂-稀土中間合金生產稀土鎂合金這樣的生產工藝過程；與稀土氧化物生產稀土鎂合金相比，省略了把自然界以混合氧化物形式自然存在的東西，再把它們分離提純後使用這一過程。本發明與採用鎂-稀土中間合金法、單一稀土氧化物法製造出的稀土總含量相同的稀土鎂合金進行比較，三者組織相同，性能較採用Mg-稀土中間合金法、純稀土氧化物法製造出的稀土鎂合金高15%左右和10%左右，更節約資源、保護環境、提高了材料的利用率，顯著地節約了成本。
具體實施例方式本發明一種採用混合稀土氧化物生產稀土鎂合金的方法，主要採用如下的步驟
I、將微米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物分散、均勻地加入到鎂液中。選擇精煉劑為將微
米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物帶入鎂液的載體，利用精煉劑與鎂液的潤溼性、易分散性使微米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物分散、均勻地加入到鎂液中。2、控制微米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物在鎂液中的還原量。稀土的還原是在固液界面上進行的，還原反應的速度決定了稀土的還原量，影響還原反應速度的因素有反應物的量，生成物的擴散速度、反應時的溫度，試驗決定了工業生產條件下經濟的還原量，以此優化出影響擴散速度的攪拌方式和時間、加入時鎂液的溫度及相同條件下微米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物加入量等參數。3、防止還原生成的氧化鎂再次汙染鎂液。將氧化物還原的時間定在鎂合金精煉淨化時間，不這樣把鎂合金精煉淨化過程和還原過程有機地結合，在精煉劑淨化鎂液中同時也將還原生成的氧化物一起帶走。如果單獨加微米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物進行還原， 加入的氧化物會在鎂液中聚團，怎麼攪拌也不易分散且始終漂浮在表面，氧化物被還原的效果非常差，還原產生的鎂氧化物也殘留在鎂液中，需要特殊淨化處理否則大量增加鎂液的夾雜物，降低鎂合金的質量和性能。下面對本發明的優選實施方式進行詳細說明。
實施例I :
生產含La、Ce量分別為0. 30%,0. 15%的稀土鎂合金。將質量為原精煉劑的8. 5wt. %的混合稀土氧化物粉末與其相應質量的原精煉劑進行充分混合，製備出含混合稀土氧化物精煉劑，將所配置的含混合稀土氧化物精煉劑在200攝氏度左右烘乾去除水分，將烘乾的精煉劑分批加入到熔融的金屬鎂液中，每批精煉劑的加入量能鎂液面全部覆蓋，形成2mm左右覆蓋層，然後進行充分攪拌，當覆蓋的精煉劑進入鎂液後，再添加精煉劑同時進行攪拌將預定質量的精煉劑加完，取樣分析稀土含量，加普通精煉劑覆蓋靜置10分鐘後，取樣進行光譜分析稀土 La、Ce含量為0. 38%、0. 20%。加少量鎂合金將稀土 La、Ce含量控制在0. 30%、
0.15%後，將鎂液澆注成錠。實施例2
生產含La、Ce量分別為0. 3%、0. 5%的稀土鎂合金。將質量為原精煉劑的11. 5wt. %的混合稀土氧化物0粉末與其相應質量的原精煉劑進行充分混合，製備出含混合稀土氧化物精煉劑，將所配置的含混合稀土氧化物精煉劑在200攝氏度左右烘乾去除水分，將烘乾的精煉劑分批加入到熔融的金屬鎂液中，每批精煉劑的加入量能鎂液面全部覆蓋，形成2mm 左右覆蓋層，然後進行充分攪拌，當覆蓋的精煉劑進入鎂液後，再添加精煉劑同時進行攪拌將預定質量的精煉劑加完，取樣分析稀土含量，加普通精煉劑覆蓋靜置10分鐘後，取樣分析稀土 La、Ce含量為0. 32%、0. 46%。加少量鎂合金將稀土 La、Ce含量控制在0. 3%、0. 5%後， 將鎂液澆注成錠。實施例3:
生產含La、Ce量分別為I. 0%、0. 15%的稀土鎂合金。將質量為原精煉劑的24. 5wt. %的混合稀土氧化物粉末與其相應質量的原精煉劑進行充分混合，製備出含混合稀土氧化物精煉劑，將所配置的含混合稀土氧化物精煉劑在200攝氏度左右烘乾去除水分，將烘乾的精煉劑分批加入到熔融的金屬鎂液中，每批精煉劑的加入量能鎂液面全部覆蓋，形成2mm左右覆蓋層，然後進行充分攪拌，當覆蓋的精煉劑進入鎂液後，再添加精煉劑同時進行攪拌將預定質量的精煉劑加完，取樣分析稀土含量，加普通精煉劑覆蓋靜置10分鐘後，取樣分析稀土 La、Ce含量為0. 97%,0. 17%。加少量鎂合金將稀土 La、Ce含量控制在I. 0%、0. 15%後， 將鎂液澆注成錠。實施例4
生產含La、Ce量分別為0. 65%,0. 45%的稀土鎂合金。將質量為原精煉劑的14wt. %的混合稀土氧化物粉末與其相應質量的原精煉劑進行充分混合，製備出含混合稀土氧化物精煉劑，將所配置的含混合稀土氧化物精煉劑在200攝氏度左右烘乾去除水分，將烘乾的精煉劑分批加入到熔融的金屬鎂液中，每批精煉劑的加入量能鎂液面全部覆蓋，形成2mm左右覆蓋層，然後進行充分攪拌，當覆蓋的精煉劑進入鎂液後，再添加精煉劑同時進行攪拌將預定質量的精煉劑加完，取樣分析稀土含量，加普通精煉劑覆蓋靜置10分鐘後，取樣分析稀土 La、Ce含量為0. 67%、0. 48%。加少量鎂合金將稀土 La、Ce含量控制在0. 65%、0. 45 % 後，將鎂液燒注成錠。實施例5
生產含La、Ce量分別為0. 85%,0. 25%的稀土鎂合金。將質量為原精煉劑的18wt. %的混合稀土氧化物粉末與其相應質量的原精煉劑進行充分混合，製備出含混合稀土氧化物精煉劑，將所配置的含混合稀土氧化物精煉劑在200攝氏度左右烘乾去除水分，將烘乾的精煉劑分批加入到熔融的金屬鎂液中，每批精煉劑的加入量能鎂液面全部覆蓋，形成2mm左右覆蓋層，然後進行充分攪拌，當覆蓋的精煉劑進入鎂液後，再添加精煉劑同時進行攪拌將預定質量的精煉劑加完，取樣分析稀土含量，加普通精煉劑覆蓋靜置10分鐘後，取樣分析稀土 La、Ce含量為0. 88%、0. 31%。加少量鎂合金將稀土 La、Ce含量控制在0. 85%、0. 25%後， 將鎂液澆注成錠。最後需要說明的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例，而不是對本發明技術方案的限定，任何對本發明技術特徵所做的等同替換或相應改進，仍在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種採用混合稀土氧化物製備稀土鎂合金的方法，其採用如下步驟步驟一、將混合稀土氧化物粉末分散、均勻的加入鎂液；步驟二、使混合稀土氧化物與鎂液不斷接觸；步驟三、控制混合稀土氧化物的還原量；步驟四、被還原成單質的稀土元素與熔融的鎂液結合得到稀土鎂合金；其特徵在於，所述步驟一是將微米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物混入鎂合金用精煉劑中；所述稀土鎂合金是鑭、鈰稀土含量分別為0. 3%至I. 0%和0. 15%至0. 5%的稀土鎂合金。
2.如權利要求I所述一種採用混合稀土氧化物製備稀土鎂合金的方法，其特徵在於， 所述富鑭、鈰混合稀土氧化物中鑭、鈰氧化物的總量大於所述混合稀土氧化物的91%，其餘為鑭族其他元素氧化物；所述鑭氧化物的含量在鑭、鈰氧化物的總量的45%至52%之間；所述精煉劑中加入的鑭、鋪混合稀土氧化物質量為原精煉劑的5 wt. %至25 wt. %,添加的精煉劑質量為爐料的2. 5 wt. %，純鑭、鈰稀土氧化物為所述精煉劑的0. 3 wt. %至I. 0Wt. %。
3.如權利要求I所述一種採用混合稀土氧化物製備稀土鎂合金的方法，其特徵在於， 所述步驟一至步驟四，還包括如下步驟步驟I、根據要製備鎂合金中鑭、鈰的含量，選擇質量為所述精煉劑的5 wt. %-25 wt. % 的富鑭、鈰混合稀土氧化物的相應比例，將粉末與其相應質量的原精煉劑進行充分混合，製備出含一定比例的富鑭、鈰混合稀土氧化物精煉劑；步驟2、將上述步驟I所述的含混合稀土氧化物精煉劑在200攝氏度左右烘乾去除水分，將烘乾的精煉劑分批加入到700°C _730°C熔融的金屬鎂液中；步驟3、每批加入的所述精煉劑將金屬鎂液面全部覆蓋形成2_左右覆蓋層後進行上下翻動形式的攪拌；步驟4、當覆蓋的所述精煉劑沉入金屬鎂液後，再添加所述精煉劑進行攪拌直至將預定質量的精煉劑加完；步驟5、所述精煉劑加完攪拌時間不足30分鐘，則添加普通精煉劑攪拌至30分鐘； 步驟6、取樣分析稀土含量，加普通精煉劑覆蓋靜置10分鐘後，用鑭或鈰稀土中間合金調整成分。
4.如權利要求3所述一種採用混合稀土氧化物製備稀土鎂合金的方法，其特徵在於， 所述富鑭、鈰混合稀土氧化物的相應比例是指，富鑭、鈰混合稀土氧化物還原出的單質鑭、鈰的量不超過要製備的鎂合金中鑭、鈰的含量的任意一種。
全文摘要
本發明公開了一種採用混合稀土氧化物製備稀土鎂合金的方法，其採用如下步驟步驟一、將混合稀土氧化物粉末分散、均勻的加入鎂液；步驟二、使混合稀土氧化物與鎂液不斷接觸；步驟三、控制混合稀土氧化物的還原量；步驟四、被還原成單質的稀土元素與熔融的鎂液結合得到稀土鎂合金；所述步驟一是將微米級的富鑭、鈰混合稀土氧化物混入鎂合金用精煉劑中；所述稀土鎂合金是鑭、鈰稀土含量分別為0.3%至1.0%和0.15%至0.5%的稀土鎂合金。本發明更節約資源、保護環境、提高了材料的利用率，顯著地節約了成本。
文檔編號C22C23/06GK102618737SQ201210115580
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者周宏 , 王義強, 王龍山, 鄭堤 申請人:浙江大學寧波理工學院