專利名稱：熔鹽電解共還原制備含有強(qiáng)化相鋁鋰鉺銩合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鋁鋰稀土合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鋁鋰合金具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、優(yōu)良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑成形性能，用其取代常規(guī)鋁合金，可使構(gòu)件質(zhì)量減輕10% 15%，剛度提高15% 20%，被認(rèn)為是21世紀(jì)航空航天工業(yè)最理想的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料。但是，鋁鋰合金還存在著韌性差，各向異性明顯及強(qiáng)度不夠高等問題。為解決這一問題，各國學(xué)者通過添加微量稀土元素La、Ce、Sc等元素的形成Al-RE固溶體或者強(qiáng)化相的方法改善合金的某些性能。而在Al合金中添加稀土元素Er，形成具有Ll2型晶體結(jié)構(gòu)的Al3Er0 Al3Er的晶格常數(shù)與鋁非常接近，與基體有較好的界面共格性，是有效的強(qiáng)化相。同時(shí)，由于Al3Er的熔點(diǎn)很高(1067°C)，可以阻止高溫時(shí)晶界的遷移、晶粒的長大以及晶界滑移，從而有利于提高合金的力學(xué)性能。因此，鋁鋰合金中含有Ll2型晶體結(jié)構(gòu)的Al3Er相對合金性能的提升非常有益。已有技術(shù)中關(guān)于采用熔鹽電解法直接生產(chǎn)鋁鋰系合金的報(bào)道，例如在公開號為CN101368281，名稱為“熔鹽電解法制備鋁鋰合金的方法”的專利文件中，公開了一種在陰極材質(zhì)為鋁的電解槽中，加入含鋰的碳酸鹽或硝酸鹽，控制電流密度O. 05、. 3A cnT2，制得鋰含量為廣15%的鋁鋰合金。公開號CN101643921，名稱為“一種低溫熔鹽電解生產(chǎn)高鋰含量鋁鋰合金的方法”的專利文件中，公開了一種在共晶的LiCl-KCl體系中，電解溫度38(T450°C、陰極電流電流密度1. (Γ3. OAcnT2下，經(jīng)過廣4小時(shí)電解，在鋁陰極上得到合金成分分布均勻的鋁鋰合金。再如名稱為“一種鋁鋰釤合金及熔鹽電解制備方法”(公開號CN101886197A)的專利文件 中，在氯化物體系中，添加氧化釤，在63(T720°C，陰極電流密度
6.4AcnT2，經(jīng)過2飛小時(shí)電解，在惰性Mo電極上分別制得合金成分分布均勻的Al-L1-Sm合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)過程簡單，合金組成在生產(chǎn)過程中可以控制的熔鹽電解共還原制備含有強(qiáng)化相鋁鋰鉺銩合金的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在電解爐內(nèi)，以惰性金屬鎢為陰極，光譜純石墨棒為陽極，在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中添加A1F3、ErCl3和TmCl3作為電解質(zhì)，其中AlF3的添加量控制在8. (Til. 5wt. %，ErCljP TmCl3的添加量分別控制在O. 96^1. Owt. %，在650°C下，采用下沉陰極法進(jìn)行電解，陰極電流密度為3. 18^7. 96A cm_2，經(jīng)過120分鐘電解，在熔鹽電解槽的陰極附近共還原析出含強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm四元合金。本發(fā)明中的LiCl和KCl分別在300°C、600°C干燥處理24小時(shí)。本發(fā)明采用的是鋁鋰鉺銩共還原的方法制取鋁鋰鉺銩合金。與背景技術(shù)相比，不用金屬鋁、金屬鋰和稀土金屬，也不用其它元素如鈣、鑭、鈰等元素還原重稀土鉺和變價(jià)稀土銩，而是全部采用金屬化合物為原料通過熔鹽電解的方法一步直接制備鋁鋰鉺銩合金。 而且通過控制電解質(zhì)配比和陰極電流密度來得到含有強(qiáng)化相的Al-L1-Er-Tm合金。
本發(fā)明提供一種工藝簡單，生產(chǎn)成本低的共還原制備鋁鋰鉺銩合金制備方法。本發(fā)明特點(diǎn)在于(1)采用共還原法直接制備鋁鋰鉺銩合金。在熔鹽中采用共還原的方法制備液態(tài)合金，合金不偏析，可以避免金屬間化合物擴(kuò)散的限制和電極材料的損耗，比使用活性電極更有優(yōu)勢。同時(shí)共還原可以通過控制電解過程中的電解參數(shù)來控制合金的組成，工藝流程簡單可控。(2)在所制得的Al-L1-Tm-Er合金中，含有強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm相。Al3Er 和Al3Tm具有Ll2型結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)與基體Al接近，凝固時(shí)與基體共格或半共格析出，可以有效的細(xì)化晶粒，提高鋁鋰合金的時(shí)效強(qiáng)化效果，改善合金的熱穩(wěn)定性。(3)Tm元素是變價(jià)稀土元素，在電解過程中，Tm(III)Am(II)存在反復(fù)變價(jià)，難以在陰極還原成金屬，因此電解制備變價(jià)稀土一直是電解領(lǐng)域的難題。本發(fā)明采用共還原的方法，在惰性電極上成功電解制得銩含量在1. 60 16. 88%的Al-L1-Er-Tm合金，解決了電解制備變價(jià)稀土元素的難題。


附圖1是實(shí)施例1制備的含有強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm四元合金的 XRD分析。
附圖2 4是實(shí)例4制備的合金樣品的掃描電子顯微鏡(SEM)照片、面掃描照片和點(diǎn)掃描照片。其中圖2是SEM照片；圖3a-圖3c分別是合金中Al、Er和Tm元素分布的 EDS面掃描圖；圖4是SEM照片中A點(diǎn)的EDS能譜分析圖。
具體實(shí)施方式
下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
實(shí)施例1、在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分別為8.Owt. %、1· Owt. %和1. Owt. %，以惰性金屬鎢(W)為陰極，石墨為陽極，電解溫度為650°C下， 采用下沉陰極法，極距為4cm，陰極電流密度為7. 96A cm_2，經(jīng)過2小時(shí)電解，在電解槽陰極附近共還原析出含有強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金，合金中的Al、L1、Er和Tm 的含量分別為 54. 69%,4. 50%,23. 93% 和 16. 88%。
實(shí)施例2、在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分別為9.8wt. %、0· 98wt. %和O. 98wt. %，以惰性金屬鎢(W)為陰極，石墨為陽極，電解溫度為650°C 下，采用下沉陰極法，極距為4cm，陰極電流密度為7. 96A cm_2，經(jīng)過2小時(shí)電解，在電解槽陰極附近共還原析出含有強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和 Tm 的含量分別為 79. 52%,2. 19%、11. 36% 和 6. 93%。
實(shí)施例3、在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分別為11.5wt. %、0· 96wt. %和O. 96wt. %，以惰性金屬鎢(W)為陰極，石墨為陽極，電解溫度為650°C 下，采用下沉陰極法，極距為4cm，陰極電流密度為7. 96A cm_2，經(jīng)過2小時(shí)電解，在電解槽陰極附近共還原析出含有強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1- Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和 Tm 的含量分別為 80. 94%、2. 18%、9. 83% 和 7. 05%。
實(shí)施例4、在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分別為11. 5wt. %、0. 96wt. %和0. 96wt. %，以惰性金屬鎢(W)為陰極，石墨為陽極，電解溫度為650°C下，采用下沉陰極法，極距為4cm，陰極電流密度為6. 37A cm_2，經(jīng)過2小時(shí)電解，在電解槽陰極附近共還原析出含有強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和Tm 的含量分別為 87. 67%、1. 79%,6. 67% 和 3. 87%。實(shí)施例5、在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分別為
11.5wt. %、0· 96wt. %和O. 96wt. %，以惰性金屬鎢(W)為陰極，石墨為陽極，電解溫度為650°C下，采用下沉陰極法，極距為4cm，陰極電流密度為4. 78A cm_2，經(jīng)過2小時(shí)電解，在電解槽陰極附近共還原析出含有強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和Tm 的含量分別為 91. 13%、1. 24%,4. 62% 和 3. 01%。實(shí)施例6、在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分別為
11.5wt. %、0· 96wt. %和O. 96wt. %，以惰性金屬鎢(W)為陰極，石墨為陽極，電解溫度為650°C下，采用下沉陰極法，極距為4cm，陰極電流密度為3. 18A cm_2，經(jīng)過2小時(shí)電解，在電解槽陰極附近共還原析出含有強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和Tm 的含量分別為 93. 96 %、1. 87%,2. 57% 和1. 60%。
權(quán)利要求
1.一種熔鹽電解共還原制備含有強(qiáng)化相鋁鋰鉺銩合金的方法，其特征是在電解爐內(nèi)，以惰性金屬鎢為陰極，光譜純石墨棒為陽極，在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中添加A1F3、 ErCl3和TmCl3作為電解質(zhì)，其中AlF3的添加量控制在8. O 11. 5wt. %，ErCl3和TmCl3的添加量分別控制在O. 96 1. Owt. %，在650°C下，采用下沉陰極法進(jìn)行電解，陰極電流密度為3.18^7. 96A cm_2，經(jīng)過120分鐘電解，在熔鹽電解槽的陰極附近共還原析出含強(qiáng)化相Al3Er 和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm四元合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解共還原制備含有強(qiáng)化相鋁鋰鉺銩合金的方法，其特征是所述的LiCl和KCl分別在300°C、600°C干燥處理24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種熔鹽電解共還原制備含有強(qiáng)化相鋁鋰鉺銩合金的方法。在電解爐內(nèi)，以惰性金屬鎢為陰極，光譜純石墨棒為陽極，在等質(zhì)量比的KCl-LiCl熔鹽中添加AlF3、ErCl3和TmCl3作為電解質(zhì)，其中AlF3的添加量控制在8.0～11.5wt.%，ErCl3和TmCl3的添加量分別控制在0.96～1.0wt.%，在650℃下，采用下沉陰極法進(jìn)行電解，陰極電流密度為3.18~7.96A cm-2，經(jīng)過120分鐘電解，在熔鹽電解槽的陰極附近共還原析出含強(qiáng)化相Al3Er和Al3Tm的Al-Li-Er-Tm四元合金。本發(fā)明采用熔鹽電解共還原法直接制備出含有強(qiáng)化相的鋁鋰鉺銩合金，工藝簡單，生產(chǎn)成本低。
文檔編號C25C3/36GK103060851SQ20131002025
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者張密林, 韓偉, 李梅, 孫怡, 孫婷婷, 王英財(cái) 申請人:哈爾濱工程大學(xué)