專利名稱：一種熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鋁鎂稀土合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鋁鎂合金具有密度低、抗拉強(qiáng)度高、延展性強(qiáng)、塑性好、易于加工成型等特點(diǎn)，且耐腐蝕、易焊接，常用于汽車飛機(jī)制造業(yè)和船舶工業(yè)。例如汽車車門、模具、發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、密封件、裝甲板、壓力容器、船舶材料等。同時(shí)，又具有散熱性能好，容易著色的優(yōu)點(diǎn)，能滿足新型電子產(chǎn)品高度集成化、輕薄化、微型化、散熱性好及電磁屏蔽的要求，且容易著色，可用于中高檔超薄型或小尺寸筆記本的外殼。
傳統(tǒng)的鋁鎂合金生產(chǎn)通常采用混溶法，即使用單質(zhì)鋁和單質(zhì)鎂熔融后混溶，該方法生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，流程短，但成本較大。
為了提高鋁鎂合金的性能，通常在合金中加入第三元素，加入稀土元素，能與合金中其他雜質(zhì)元素形成金屬間化合物，加大過冷度，具有細(xì)化晶粒的作用，同時(shí)，還能形成彌散分布的金屬間化合物，優(yōu)化鋁鎂合金的結(jié)構(gòu)，減少針狀晶，增加球晶，提高合金的強(qiáng)度，強(qiáng)化晶界，顯著提高耐熱強(qiáng)度。
目前，工業(yè)上生產(chǎn)鋁鎂稀土合金主要采用混熔法，例如公開號(hào)為CN1085259，名稱為“稀土鋁鎂合金粉及其制備方法”的專利文件中，公開了一種稀土鋁鎂合金粉的制備方法，使用中頻感應(yīng)爐冶煉，帶篩球磨機(jī)研磨，采用配料、熔煉、鑄錠、磨粉的工藝流程。其成分含量為鎂45 50%，鋁余量，稀土金屬O.1 0.5%。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能提高電流效率和稀土回收率，對(duì)設(shè)備腐蝕小、生產(chǎn)成本低的熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
在電解槽中，以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽底部，石墨為陽極，加入經(jīng)干燥脫水的AlF3、MgCl2、NaCl和KCl，各組分的質(zhì)量百分比分別為8. 6 9· 4%、4· 3 6. 3%、 37. 5 38. 7%,46. 9 48. 4%，再按AlF3質(zhì)量的2. 2 5. 5%加入氧化釹，混合均勻，將溫度控制在65(T700°C，待熔融后，通入直流電電解，控制陰極電流密度為5. 19 6. 92A/cm2，陽極電流密度為O. 64、. 85/cm2，槽電壓為4. 8^5.1V，電解2 3小時(shí)，每電解一小時(shí)更換一次陰極，同時(shí)將更換的陰極金屬鑰棒置入濃度為5%的稀鹽酸溶液中浸泡30分鐘，去除鈍化層， 取出置入蒸餾水中超聲清洗，干燥后備用，在電解槽陰極附近析出液態(tài)Al-Mg-Nd合金，冷卻得到固態(tài)A1-Mg-Nd三元合金。所得的合金中，金屬鋁的含量為61. Γ89. 4%，金屬鎂的含量為1. Γ26. 2%，金屬釹的含量為5. 8 11. 3%，電流效率為53. 6-81. 5%，稀土的直收率為 37. 7 84. 7%。
本發(fā)明提供的制備Al-Mg-Nd三元合金的方法不同于傳統(tǒng)的混溶法，在氟氯化物體系中，直接采用廉價(jià)易得的A1F3、MgCl2及Nd2O3, —步電解得到不同含量的Al-Mg-Nd三元合金。MgCl2的晶型介于離子晶體與分子晶體之間，對(duì)氧化釹(Nd2O3)具有氯化作用〔 3MgCl2+Nd203 = 2NdCl3+3Mg0〕，增大了 Nd3+的濃度，提高了稀土的回收率。由于MgCl2具有較強(qiáng)的吸水性，容易吸收空氣中的水蒸氣，在電解溫度下，最終會(huì)形成不溶性的Mg0〔MgCl2+H20 =Mg0+2HC1 (g)〕，附著在電極表面形成一層氧化膜，阻止Al3+、Mg2+和Nd3+在電極表面沉積，空耗電流，降低電流效率和稀土的直收率。每電解一小時(shí)更換一次陰極，同時(shí)將更換的陰極金屬鑰棒(Mo)置入濃度為5%的稀鹽酸溶液中浸泡30分鐘，取出置入蒸餾水中超聲清洗，干燥后備用。經(jīng)過更換陰極，可以有效地避免陰極鈍化，提高電流效率和稀土直收率。


圖1是實(shí)施例1制備的Al-Mg-Nd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，Nd是以Al3Nd和Al2Nd金屬間化合物以及Nd 單質(zhì)的形式存在于合金相中。
具體實(shí)施方式
下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
實(shí)施例1:在電解槽中，以金屬鑰(Mo)為惰性陰極并置于電解槽底部，石墨為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，各組分的質(zhì)量百分比分別為8. 6%、4. 3%,38. 7%,48. 4%，再按AlF3質(zhì)量的2. 5 %加入氧化釹(Nd2O3),混合均勻，控制電解溫度為700°C，陰極電流密度為6. 92A/cm2,陽極電流密度為O. 85A/cm2,電解槽電壓為4.8^4. 9V，經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的電解，在電解槽陰極附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg 和Nd的含量分別為64. 5%,26. 1%、9· 4%，電流效率為53. 6%，稀土的直收率為68. 8%。
實(shí)施例2 :在電解槽中，以金屬鑰(Mo)為惰性陰極并置于電解槽底部，石墨(C)為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，各組分的質(zhì)量百分比分別為9. 9%、1· 1%、39· 5%,49. 5%，再按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹(Nd2O3),混合均勻，控制電解溫度為700°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為5.(Γ5.1V，經(jīng)過2個(gè)小時(shí)電解，在電解槽陰極附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg和 Nd的含量分別為89. 4%、3· 3%、7· 3%，電流效率為81. 5%，稀土的直收率為37. 7%。
實(shí)施例3 :在電解槽中，以金屬鑰(Mo)為惰性陰極并置于電解槽底部，石墨(C)為陽極，在剛玉坩鍋中 加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，各組分的質(zhì)量百分比分別為9. 8%、2· 2%,39. 1%、48· 9%，再按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹(Nd2O3),混合均勻，控制電解溫度為700°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為 5. (Γ5.1V，經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的電解，在電解槽于陰極附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、 Mg和Nd的含量分別為86. 3%、1· 1%、12· 6%，電流效率為75. 6%，稀土的直收率為84. 7%。
實(shí)施例4 :在電解槽中，以金屬鑰(Mo)為惰性陰極并置于電解槽底部，石墨(C)為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，各組分的質(zhì)量百分比分別為9. 7%、3· 2%,38. 7%,48. 4%，再按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹(Nd2O3),混合均勻，控制電解溫度為650°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為 4. 8^4. 9V，經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的電解，在電解槽陰極附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg 和Nd的含量分別為83. 7%、10· 5%、5· 8%，電流效率為66. 8%，稀土的直收率為36. 8%。
實(shí)施例5 :在電解槽中，以金屬鑰(Mo)為惰性陰極并置于電解槽底部，石墨(C)為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，各組分的質(zhì)量百分比分別為9. 6%、4· 3%,38. 7%,47. 4%，再按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹(Nd2O3),混合均勻，控制電解溫度為650°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為 4. 8^4. 9V，經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的電解，在電解槽陰極附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg 和Nd的含量分別為75. 8%、14· 3%、9· 9%，電流效率為65. 5%，稀土的直收率為64. 5%。
實(shí)施例6 :在電解槽中，以金屬鑰(Mo)為惰性陰極并置于電解槽底部，石墨(C)為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，各組分的質(zhì)量百分比分別為9. 5%、5· 3%,37. 9%,47. 3%，再按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹(Nd2O3),混合均勻，控制電解溫度為650°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為 4. 8^4. 9V，經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的電解，在電解槽陰極附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg 和Nd的含量分別為71. 0%、22· 2%、6· 8%，電流效率為57. 6%，稀土的直收率為38. 8%。
實(shí)施例7 :在電解槽中，以金屬鑰(Mo)為惰性陰極并置于電解槽底部，石墨(C)為陽極，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，各組分的質(zhì)量百分比分別為9. 4%、6· 3%,37. 4%,46. 9%，再按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹(Nd2O3),混合均 勻，控制電解溫度為650°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為 4. 8^4. 9V，經(jīng)過2個(gè)小時(shí)的電解，在電解槽陰極附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg 和Nd的含量分別為61. 4%,27. 6%、11· 0%，電流效率為70. 7%，稀土的直收率為67. 9%。
權(quán)利要求
1.一種熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法，其特征是在電解槽中，以惰性金屬鑰為陰極并置于電解槽底部，石墨為陽極，加入經(jīng)干燥脫水的A1F3、MgCl2, NaCl和KC1，各組分的質(zhì)量百分比分別為8. 6 9. 4%、4· 3 6. 3%,37. 5 38. 7%,46. 9 48. 4%，再按AlF3質(zhì)量的2.2^5. 5%加入氧化釹，混合均勻，將溫度控制在65(T700°C，待熔融后，通入直流電電解，控制陰極電流密度為5. 19 6. 92A/cm2,陽極電流密度為O. 64 0. 85/cm2，槽電壓為4. 8 5.1V， 電解2 3小時(shí)，每電解一小時(shí)更換一次陰極，同時(shí)將更換的陰極金屬鑰棒置入濃度為5%的稀鹽酸溶液中浸泡30分鐘，去除鈍化層，取出置入蒸餾水中超聲清洗，干燥后備用，在電解槽陰極附近析出液態(tài)Al-Mg-Nd合金，冷卻得到固態(tài)Al-Mg-Nd三元合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法，其特征是:AlF3、MgCl2、NaCl 和KCl的質(zhì)量百分比分別為8. 6%、4. 3%,38. 7%和48. 4%，按AlF3質(zhì)量的2. 5%加入氧化釹控制電解溫度為700°C，陰極電流密度為6. 92A/cm2,陽極電流密度為O. 85A/cm2,電解槽電壓為4. 8^4. 9V，經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的電解。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法，其特征是:AlF3、MgCl2、NaCl 和KCl的質(zhì)量百分比分別為9. 9%、1· 1%、39· 5%和49. 5%，按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹， 控制電解溫度為700°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2，槽電壓為5.0 5.1V，電解2個(gè)小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法，其特征是:AlF3、MgCl2、NaCl 和KCl的質(zhì)量百分比分別為9. 8%、2· 2%,39. 1%和48. 9%，按A1F3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹， 控制電解溫度為700°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為5. 0 5.1V，電解3個(gè)小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法，其特征是:AlF3、MgCl2、NaCl 和KCl的質(zhì)量百分比分別為9. 7%、3· 2%,38. 7%和48. 4%，按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹， 控制電解溫度為650°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為4. 8 4. 9V，電解3個(gè)小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法，其特征是AlF3、MgCl2、NaCl 和KCl，各組分的質(zhì)量百分比分別為9. 6%、4· 3%,38. 7%和47. 4%，按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹，控制電解溫度為650°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為4. 8^4. 9V，電解3個(gè)小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法，其特征是:AlF3、MgCl2、NaCl 和KCl的質(zhì)量百分比分別為9. 5%、5· 3%,37. 9%和47. 3%，按A1F3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹， 控制電解溫度為650°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為4. 8 4. 9V，電解3個(gè)小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法，其特征是:AlF3、MgCl2、NaCl 和KCl的質(zhì)量百分比分別為9. 4%、6· 3%,37. 4%和46. 9%，按AlF3質(zhì)量的2. 2%加入氧化釹， 控制電解溫度為650°C，陰極電流密度為5. 19A/cm2,陽極電流密度為O. 64A/cm2,電解槽電壓為4. 8 4. 9V，電解2個(gè)小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種熔鹽電解制備鋁鎂釹合金的方法在電解槽中，以鉬為陰極并置于電解槽底部，石墨為陽極，加入AlF3、MgCl2、NaCl和KCl，各組分的質(zhì)量百分比分別為8.6~9.4%、4.3~6.3%、37.5~38.7%、46.9~48.4%，再按AlF3質(zhì)量的2.2~5.5％加入氧化釹，將溫度控制在650~700℃，待熔融后，控制陰、陽極電流密度分別為5.19~6.92A/cm2、0.64~0.85/cm2，槽電壓為4.8~5.1V，電解2~3小時(shí)，每電解一小時(shí)更換一次陰極，同時(shí)將更換的陰極置入5%的稀鹽酸溶液中浸泡30分鐘，在電解槽陰極附近析出液態(tài)Al-Mg-Nd合金，冷卻得到固態(tài)Al-Mg-Nd三元合金。本發(fā)明可以有效地避免陰極鈍化，提高電流效率和稀土直收率。
文檔編號(hào)C25C3/36GK102995067SQ201210422168
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者李梅, 張密林, 劉垚臣, 韓偉 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)