專利名稱：一種熔鹽電解制備Al-Mg-Tb三元合金的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種鋁鎂稀土合金的生產(chǎn)方法，具體地說是一種通過直流電電解制備Al-Mg-Tb三元合金的方法。
背景技術：
Al-Mg系合金具有良好的耐腐蝕性、導電性、導熱性、拋光性、并能長時間保持光亮的表面，同時又具有較高的范性和比強度，焊接性能好等特點，而被廣泛應用在航空、航天、石油、化工、電工、汽車和機械制造等行業(yè)中。目前Al-Mg系合金的生產(chǎn)基本上是用純鋁和純鎂按一定的比例在熔融狀態(tài)下混合制得。該方法雖然簡單，易操作，但成本較大。而且國內(nèi)金屬鎂的制取幾乎全用皮江法，國外大多是電解無水MgCl2，這些方法都會對環(huán)境造成極大污染。因此傳統(tǒng)Al-Mg系合金的生產(chǎn)方法需要改進。 稀土在有色合金和功能材料中的應用，近年來發(fā)展很快。除了可以細化合金和進一步提高合金的一些物理性能外，由于稀土具有一些特殊的性能，將稀土添加到合金中，可以使得合金也具有一些特殊的性能。例如，金屬鋱是一種良好的磁光儲存材料，具有較高的記錄速度和存儲能力，將金屬鋱?zhí)砑拥戒X鎂合金中，可以使鋁鎂合金具有存儲和記憶能力。目前，工業(yè)生產(chǎn)鋁鎂稀土合金的主要方法是混熔法。例如公開號為CN201010189600. 9，名稱為“鋁鎂鉺合金鑄錠及其制備方法”的專利文件中，公開了一種鋁鎂鉺合金鑄錠及其制備方法，它涉及一種合金及其制備方法如下一、稱取原料；二、制備鋁合金熔液；三、將鋁合金熔液依次經(jīng)過30ppi和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結(jié)晶器中鑄造成鋁鎂鉺合金鑄錠。這種方法的優(yōu)點是使用較為簡便，所制備的合金含量穩(wěn)定，是目前工業(yè)上最常見的制備鋁鎂及鋁鎂稀土合金的方法之一，但該方法易發(fā)生包晶反應，形成高熔點化合物，產(chǎn)生夾雜等缺點。熔鹽電解因具有操作簡便、可連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點，被廣泛的用來制備稀土及稀土合金。例如公開號為CN200410002122. 0，名稱為“熔鹽電解法直接制備鋁鈰中間合金的方法”的專利文件中，公開了一種在氟化物體系中采用熔鹽電解直接制備稀土合金鋁液，在電解槽中溫度控制在950°C左右，直接加入純氧化鈰稀土，通過熔鹽電解進行化學反應，使鈰在電解過程中直接溶入鋁液，生產(chǎn)出含有10%以上的鈰稀土合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種原料廉價易得、能在較低的溫度下直接電解出成分均一的鋁鎂稀土合金的熔鹽電解制備Al-Mg-Tb三元合金的方法。本發(fā)明是采用以下方法來制備的向電解槽中加入經(jīng)脫水干燥的AlF3、MgCl2、NaCl和KC1，使各成分的質(zhì)量百分比分別為10-13%,5-7%,35-38%>46-48%，再按AlF3質(zhì)量的5-10%加入氧化鋱，控制溫度在700-800°C，待電解槽中內(nèi)物料熔融后，以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，通入直流電電解，控制陰極電流密度在5. 19-10. 38A/cm2,陽極電流密度為0. 64-1. 27A/cm2，槽電壓在4. 4-5. 8V，經(jīng)過2-4小時的電解，在電解槽的陰極附近沉積出金屬鋁的含量為57. 5-73. I %、金屬鎂的含量為4. 9-19. 9 %、金屬鋱的含量為14. 1-28. 5%的Al-Mg-Tb三元合金。電流效率為45. 1-71.2%。所述NaCl和KCl分別在500°C、600°C干燥處理24小時。本發(fā)明采用的是熔鹽電解的方法，所用的原料全部為廉價易得的化合物，一步直接電解制備不同組成的Al-Mg-Tb三元合金，并且本發(fā)明與其他熔鹽電解的方法也有所不同，通常熔鹽電解制備合金采用的是氯化物或氟化物-氧化物兩種熔鹽體系，但本發(fā)明采用的是氟氯化物作為電解體系，避免了采用單一熔鹽體系電解的弊端，在較低的溫度下，直接電解出成分均一的鋁鎂稀土合金。
本發(fā)明的主要特點體現(xiàn)在本發(fā)明提供的制備Al-Mg-Tb三元合金的方法不同于傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，不需要不同的金屬單質(zhì)之間進行混熔，而是全部采用金屬化合物為原料，在遠低于金屬鋱熔點(1356°C )和氧化鋱熔點(2337°C )的溫度下，也低于氟化物體系電解溫度950°C，直接一步電解出不同組成的Al-Mg-Tb三元合金。并且在此溫度下如果采用AlCl3為原料進行電解會造成不必要揮發(fā)浪費(AlCl3熔點為190°C)，因此本發(fā)明采用AlF3為原料，因為在此溫度范圍，AlF3是微溶于熔鹽中(AlF3的熔點為1040°C )，大部分AlF3是以固態(tài)的形式存在于熔鹽中，隨著電解的不斷進行，微溶于熔鹽中的Al3+不斷的被消耗，原有的溶解平衡被打破，使得AlF3繼續(xù)溶解，確保了電解的正常進行。


附圖I是實施例I制備的Al-Mg-Tb三元合金的XRD圖譜，從圖中可以看出，Mg是以Al3Mg2金屬間化合物的形式存在于合金相中，Tb是以Al3Tb金屬間化合物的形式存在于合金相中。
具體實施例方式下面舉例對本發(fā)明做更詳細地描述實施例I :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為11 %、6 %、36 %、47 %，再按A1F3質(zhì)量的5%加入氧化鋱，控制電解溫度700°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為0. 64A/cm2，槽電壓4. 4-4. 9V，經(jīng)過3個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al、Mg和Tb的含量分別為73. 1%、10%和16.9%，電流效率為54. 1%。實施例2 :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為11 %、6 %、36 %、47 %，再按AlF3質(zhì)量的5%加入氧化鋱，控制電解溫度800°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為0. 64A/cm2，槽電壓4. 5-4. 9V，經(jīng)過3個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al、Mg和Tb的含量分別為60. 4%、11. I %和28. 5%，電流效率為55.9%0實施例3 :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為11 %、6 %、36 %、47 %，再按AlF3質(zhì)量的5%加入氧化鋱，控制電解溫度800°C，陰極電流密度為6. 92A/cm2,陽極電流密度為0. 85A/cm2，槽電壓5. 1-5. 4V，經(jīng)過4個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al 'Mg和Tb的含量分別為64. 9 %、14. 5 %和20. 6 %，電流效率為52.6%.實施例4 :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為11 %、6 %、36 %、47 %，再按AlF3質(zhì)量的6%加入氧化鋱，控制電解溫度750°C，陰極電流密度為6. 92A/cm2,陽極電流密度為0. 85A/cm2，槽電壓5. 1-5. 5V，經(jīng)過3個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al、Mg和Tb的含量分別為67. 7%,4. 9%和27. 4%，電流效率為57. 4%。
實施例5 :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為12 %、6 %、36 %、47 %，再按AlF3質(zhì)量的7%加入氧化鋱，控制電解溫度800°C，陰極電流密度為6. 92A/cm2,陽極電流密度為0. 85A/cm2，槽電壓5. 0-5. IV，經(jīng)過2個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al、Mg和Tb的含量分別為70. 8%,7. 4%和21. 8%，電流效率為54. 8%。實施例6 :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為11 %、6 %、36 %、47 %，再按AlF3質(zhì)量的6%加入氧化鋱，控制電解溫度800°C，陰極電流密度為6. 92A/cm2,陽極電流密度為0. 85A/cm2，槽電壓5. 4-5. 6V，經(jīng)過3個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al、Mg和Tb的含量分別為63. 3%、15. 2%和21. 5%，電流效率為53. 6%。實施例7 :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為11 %、6 %、36 %、47 %，再按AlF3質(zhì)量的5%加入氧化鋱，控制電解溫度800°C，陰極電流密度為8. 65A/cm2,陽極電流密度為I. 06A/cm2，槽電壓5. 5-5. 8V，經(jīng)過3個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al、Mg和Tb的含量分別為57. 5%、19. 9%和22. 6%，電流效率為47. 5%。實施例8 :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為13 %、7 %、36 %、48 %，再按AlF3質(zhì)量的8%加入氧化鋱，控制電解溫度800°C，陰極電流密度為10. 38A/cm2,陽極電流密度為I. 27A/cm2，槽電壓5. 3-5. 8V，經(jīng)過4個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al、Mg和Tb的含量分別為61. 6%、11. 6%和26. 8%，電流效率為45. 1%0實施例9 :以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl、KCl各成分的質(zhì)量百分比分別為13 %、7 %、37 %、48 %，再按AlF3質(zhì)量的5%加入氧化鋱，控制電解溫度800°C，陰極電流密度為6. 92A/cm2,陽極電流密度為0. 85A/cm2，槽電壓5. 3-5. 6V，經(jīng)過3個小時的電解，在陰極附近沉積出Al-Mg-Tb三元合金，合金中Al、Mg和Tb的含量分別為72. 5%、13. 4%和14. 1%，電流效率為71. 2%。
權利要求
1.一種熔鹽電解制備Al-Mg-Tb三元合金的方法，其特征是向電解槽中加入經(jīng)脫水干燥的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，使各成分的質(zhì)量百分比分別為10_13%、5-7%、35_38%、.46-48%,再按AlF3質(zhì)量的5-10 %加入氧化鋱，控制溫度在700-800°C，待電解槽中內(nèi)物料熔融后，以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，通入直流電電解，控制陰極電流密度在5. 19-10. 38A/cm2，陽極電流密度為0. 64-1. 27A/cm2，槽電壓在4. 4-5. 8V，經(jīng)過.2-4小時的電解，在電解槽的陰極附近沉積出金屬鋁的含量為57. 5-73. 1%、金屬鎂的含量為4. 9-19. 9%、金屬鋱的含量為14. 1-28. 5%的Al-Mg-Tb三元合金。
2.根據(jù)權利要求I所述的熔鹽電解制備Al-Mg-Tb三元合金的方法，其特征是所述NaCl和KCl分別在500°C、600°C干燥處理24小時。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種熔鹽電解制備Al-Mg-Tb三元合金的方法。向電解槽中加入經(jīng)脫水干燥的AlF3、MgCl2、NaCl和KCl，使各成分的質(zhì)量百分比分別為10-13％、5-7％、35-38％、46-48％，再按AlF3質(zhì)量的5-10％加入氧化鋱，控制溫度在700-800℃，待電解槽中內(nèi)物料熔融后，以惰性金屬鉬為陰極并置于電解槽低部，石墨為陽極，通入直流電電解，控制陰極電流密度在5.19-10.38A/cm2，陽極電流密度為0.64-1.27A/cm2，槽電壓在4.4-5.8V，經(jīng)過2-4小時的電解，在電解槽的陰極附近沉積出金屬鋁的含量為57.5-73.1％、金屬鎂的含量為4.9-19.9％、金屬鋱的含量為14.1-28.5％的Al-Mg-Tb三元合金。電流效率為45.1-71.2％。本發(fā)明采用氟氯化物作為電解體系，避免了采用單一熔鹽體系電解的弊端，在較低的溫度下，直接電解出成分均一的鋁鎂稀土合金。
文檔編號C25C3/36GK102644094SQ20121012256
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權日2012年4月24日
發(fā)明者劉垚臣, 姜海玲, 姜濤, 張密林, 盛慶南, 韓偉 申請人:哈爾濱工程大學