本發(fā)明涉及合金材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體而言，涉及一種鎂鉛合金的制備方法。
背景技術(shù)：
：鎂合金具有眾多優(yōu)異的性質(zhì)諸如密度低，機(jī)械性能及化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良以及可以回收利用等特色，因而被人們稱為“綠色合金”。鎂合金被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域如汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品、航空、軍事，而且其用量有大幅度增加的趨勢(shì)。鎂基鉛合金屬于鎂合金系列中的一種。傳統(tǒng)生產(chǎn)這類合金的方法為熔煉法，即共摻法：各種合金成分元素通過(guò)各自獨(dú)立的冶金流程制得后，將其熔煉獲得合金。這種方法流程長(zhǎng)，其中的所有金屬元素必須經(jīng)過(guò)各自的冶金過(guò)程及其隨后精煉得到，此過(guò)程工藝繁雜，成本高；由于其主體成分為活性金屬，熔煉生產(chǎn)合金過(guò)程必須有惰性氣氛或真空環(huán)境，而且金屬損耗率高，并造成環(huán)境的污染。長(zhǎng)期以來(lái)，人們不斷嘗試使用熔鹽電解法生產(chǎn)合金。熔鹽電解法制備合金又可分為電解擴(kuò)散法與電解共沉積法兩種方法。電解擴(kuò)散法中，最有代表性的工作為ramsharma提出的鎂合金電解擴(kuò)散法，在電解液中預(yù)先添加液態(tài)銅作為陰極，電解氧化鎂或氯化鎂，使鎂在銅上沉積獲得鎂銅合金，其主要思想是以相對(duì)惰性的合金金屬為陰極，在其上沉積其它元素來(lái)獲得合金。電解擴(kuò)散法是一種可以有效防止合金元素?zé)龘p并可以進(jìn)行準(zhǔn)確成分控制的方法。然而，整個(gè)電解過(guò)程合金元素含量不斷增加，這自然造成不同時(shí)刻的合金成分會(huì)有很大不同，尤其是主合金成分將從零逐漸的增加到很高的濃度，當(dāng)電解沉積合金元素達(dá)到了所需要量的時(shí)候，電解過(guò)程必須停止，取出合金，然后更換陰極并重復(fù)上述過(guò)程。電解過(guò)程中不能隨時(shí)得到目標(biāo)成分的合金，這樣的過(guò)程不能稱作一個(gè)連續(xù)過(guò)程。電解共沉積法是利用多種金屬離子在相同電位下在陰極同時(shí)放電從而得到合金的方法。然而，現(xiàn)有的電解共沉積法無(wú)法做到有效控制合金中的組成，且目前尚無(wú)鎂鉛合金共沉積及成分控制的報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的在于提供一種鎂鉛合金的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電解共沉積法無(wú)法實(shí)現(xiàn)鎂鉛合金共沉積，且無(wú)法有效控制鎂鉛合金成分的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鎂鉛合金的制備方法，其包括以下步驟：按所欲制備的鎂鉛合金中鎂和鉛的質(zhì)量比配置鎂鹽和鉛鹽的混合原料；將混合原料進(jìn)行熔鹽電解共沉積，期間控制混合原料中的鎂離子和鉛離子放電所需的法拉第電量與電解混合原料的電解電量的相對(duì)誤差在±15％以內(nèi)，得到鎂鉛合金。進(jìn)一步地，控制混合原料中的鎂離子和鉛離子放電所需的法拉第電量與電解混合原料的電解電量的相對(duì)誤差在±15％以內(nèi)的步驟中，根據(jù)公式i或公式ii確定電解混合原料的電解電流和電解時(shí)間，進(jìn)而得到鎂鉛合金，其中，公式i為：公式ii為：公式i和ii中，m(mg)salt為混合原料中鎂鹽的質(zhì)量，m(pb)salt為混合原料中鉛鹽的質(zhì)量，mmg為鎂的相對(duì)原子質(zhì)量，mpb為鉛的相對(duì)原子質(zhì)量，m(mg)salt為鎂鹽的相對(duì)分子質(zhì)量，m(pb)salt為鉛鹽的相對(duì)分子質(zhì)量，i為電解電流，t為電解時(shí)間，a為100g鎂鉛合金中鉛的質(zhì)量，f為法拉第常數(shù)。進(jìn)一步地，以電解時(shí)間t為間隔時(shí)間，向電解爐中周期性地加入混合原料，以連續(xù)性制備鎂鉛合金。進(jìn)一步地，鎂鹽為氯化鎂，鉛鹽為氯化鉛。進(jìn)一步地，熔鹽電解共沉積過(guò)程中，采用的電解質(zhì)包括堿金屬熔鹽。進(jìn)一步地，堿金屬熔鹽的成分包括氯化鋰和/或氯化鈉。進(jìn)一步地，電解質(zhì)中還包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～15％的氯化鎂。進(jìn)一步地，按重量百分比計(jì)，電解質(zhì)包括8～15％的氯化鎂、50～70％的氯化鋰及20～40％的氯化鈉。進(jìn)一步地，熔鹽電解共沉積過(guò)程中，電解溫度為700～900℃。進(jìn)一步地，熔鹽電解共沉積過(guò)程中，陰極電流密度為0.5～1.5a/cm2。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種鎂鉛合金的制備方法，其包括以下步驟：按所欲制備的鎂鉛合金中鎂和鉛的質(zhì)量比配置鎂鹽和鉛鹽的混合原料；將混合原料進(jìn)行熔鹽電解共沉積，期間控制混合原料中的鎂離子和鉛離子放電所需的法拉第電量與電解混合原料的電解電量的相對(duì)誤差在±15％以內(nèi)，得到鎂鉛合金。利用上述制備方法，通過(guò)熔鹽電解共沉積法，在電解期間控制鎂離子和鉛離子的放電所需的法拉第電量與電解電量匹配一致性，將二者相對(duì)誤差控制在±15％以內(nèi)，能夠使鎂鉛合金制品中兩種金屬成分的含量基本與目標(biāo)含量一致，從而達(dá)到有效控制合金成分的目的。且通過(guò)上述熔鹽電解共沉積法，本發(fā)明制備出了鎂鉛合金。具體實(shí)施方式需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)描述，這些實(shí)施例不能理解為限制本申請(qǐng)所要求保護(hù)的范圍。正如
背景技術(shù)：
部分所描述的，現(xiàn)有技術(shù)中的電解共沉積法無(wú)法實(shí)現(xiàn)鎂鉛合金共沉積，且無(wú)法有效控制鎂鉛合金成分。為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鎂鉛合金的制備方法，其包括以下步驟：按所欲制備的鎂鉛合金中鎂和鉛的質(zhì)量比配置鎂鹽和鉛鹽的混合原料；將混合原料進(jìn)行熔鹽電解共沉積，期間控制混合原料中的鎂離子和鉛離子的放電所需的法拉第電量與電解該混合原料的電解電量的相對(duì)誤差在±15％以內(nèi)，得到鎂鉛合金。利用上述制備方法，通過(guò)熔鹽電解共沉積法，在電解期間控制鎂離子和鉛離子的放電所需的法拉第電量與電解混合原料的電解電量匹配一致性，將二者相對(duì)誤差控制在±15％以內(nèi)，能夠使鎂鉛合金制品中兩種金屬成分的含量基本與目標(biāo)含量一致，從而達(dá)到有效控制合金成分的目的。且通過(guò)上述熔鹽電解共沉積法制備出了鎂鉛合金。具體來(lái)說(shuō)，相比于傳統(tǒng)的熔鹽電解共沉積過(guò)程，本發(fā)明中增加了控制成分的步驟。對(duì)于制備鎂鉛二元體系的合金而言，按所欲制備的鎂鉛合金中鎂和鉛的質(zhì)量比配置鎂鹽和鉛鹽的混合原料，然后將混合原料投入電解爐中進(jìn)行熔鹽電解共沉積。如果不控制法拉第電量與電解電量的匹配一致性，由于電解過(guò)程采用的電解質(zhì)中同樣存在金屬離子，這些金屬離子極易在電解過(guò)程中一并電解析出，從而作為雜質(zhì)成分破壞鎂鉛合金的二元體系。本發(fā)明正是基于這一點(diǎn)，提出了在熔鹽電解共沉積期間控制混合原料的鎂離子和鉛離子的放電所需的法拉第電量與電解混合原料的電解電量的相對(duì)誤差在±15％以內(nèi)，這樣相當(dāng)于為鎂離子和鉛離子的電解析出設(shè)置了電解電量的供應(yīng)總數(shù)，從而能夠有效防止電解質(zhì)中的雜質(zhì)金屬離子析出，有效地控制了合金制品的鎂鉛含量，使其基本與目標(biāo)含量一致。本發(fā)明提供的上述制備方法中，可以通過(guò)電解時(shí)間和電解電流來(lái)控制電解電量。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，控制混合原料中鎂離子和鉛離子放電所需的法拉第電量與電解上述混合原料的電解電量的相對(duì)誤差在±15％以內(nèi)的步驟中，根據(jù)公式i或公式ii確定電解混合原料的電解電流和電解時(shí)間，進(jìn)而得到鎂鉛合金，公式i為公式ii為公式i和ii中，m(mg)salt為混合原料中鎂鹽的質(zhì)量，m(pb)salt為混合原料中鉛鹽的質(zhì)量，mmg為鎂的相對(duì)原子質(zhì)量，mcu為鉛的相對(duì)原子質(zhì)量，m(mg)salt為鎂鹽的相對(duì)分子質(zhì)量，m(pb)salt為鉛鹽的相對(duì)分子質(zhì)量，i為電解電流，t為電解時(shí)間(s)，a為100g鎂鉛合金中鉛的質(zhì)量，f為法拉第常數(shù)(96485c/mol)。值得說(shuō)明的是，上述1±0.15指的是一個(gè)范圍值，其大于等于0.85，小于等于1.15。上述a值可以通過(guò)所欲制備的目標(biāo)合金中的鉛的質(zhì)量比例來(lái)獲得。m(mg)salt可以通過(guò)所電解的混合原料的質(zhì)量和配比獲得。這樣，通過(guò)上述式i或者式ii均可以獲知電解電流和電解時(shí)間的關(guān)系。在實(shí)際操作過(guò)程中，可以預(yù)先設(shè)定電解電流的值，就可以根據(jù)上式獲得電解時(shí)間，從而應(yīng)用在實(shí)際電解共沉積過(guò)程中即可。相反，也可以預(yù)先設(shè)定電解時(shí)間，比如要求在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)完成電解，就可以根據(jù)上式確定電解電流的大小。此外，也可以預(yù)設(shè)電解時(shí)間和電解電流，從而根據(jù)上式確定混合原料中鎂鹽和鉛鹽的質(zhì)量。一般情況下，優(yōu)選法拉第電量與電解電量的相對(duì)誤差在+15％以內(nèi)，即0≤(電解電量-法拉第電量)/電解電量＜15％。利用電解時(shí)間和電解電流來(lái)控制電解電量，從而控制合金成分，使得本發(fā)明中的制備方法可以采用連續(xù)的生產(chǎn)工藝。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，以電解時(shí)間t為間隔時(shí)間，向電解爐中周期性地加入混合原料，以連續(xù)性制備鎂鉛合金。如前文所述，本發(fā)明通過(guò)電解時(shí)間和電解電流來(lái)控制電解電量，從而達(dá)到了混合原料中鎂離子和鉛離子放電所需法拉第電量與電解該混合原料的電解電量之間的匹配一致性。因此，在上述式i或式ii所示的電解時(shí)間t內(nèi)，能夠恰好將該混合原料電解共沉積。在此基礎(chǔ)上，以電解時(shí)間t為間隔時(shí)間，向電解爐中周期性地加入上述混合原料，能夠達(dá)到連續(xù)性制備鎂鉛合金的目的。且每一個(gè)時(shí)間間隔后取出的合金，其成分均與預(yù)設(shè)值基本一致。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述鎂鹽為氯化鎂，鉛鹽為氯化鉛。相較于其他鎂鹽和鉛鹽，氯化鎂和氯化鉛具有更高的電解性能。上述熔鹽電解共沉積過(guò)程中采用的電解質(zhì)可以是本領(lǐng)域常用的電解質(zhì)，其目的是支持電解過(guò)程中的電子運(yùn)動(dòng)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，熔鹽電解共沉積過(guò)程中，采用的電解質(zhì)包括堿金屬熔鹽。堿金屬的活動(dòng)性強(qiáng)于鎂和鉛，相應(yīng)地，電解過(guò)程中晚于鎂離子和鉛離子。采用堿金屬熔鹽作為電解質(zhì)，結(jié)合上述電解電量控制步驟，能夠進(jìn)一步防止金屬雜質(zhì)進(jìn)入合金中，從而更有利于二元體系合金的成分控制。更優(yōu)選地，堿金屬熔鹽的成分包括氯化鋰和/或氯化鈉。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，電解質(zhì)中還包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～15％的氯化鎂。在電解質(zhì)中加入8～15％的氯化鎂，能夠進(jìn)一步提高熔鹽電解共沉積過(guò)程中的穩(wěn)定性。值得說(shuō)明的是，基于前述的成分控制步驟，電解質(zhì)體系中的氯化鎂并不影響合金制品中的成分含量。更優(yōu)選地，按重量百分比計(jì)，電解質(zhì)包括8～15％的氯化鎂、50～70％的氯化鋰及20～40％的氯化鈉。其他電解工藝可以進(jìn)行調(diào)整。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，熔鹽電解共沉積過(guò)程中，電解溫度為700～900℃。陰極電流密度為0.5～1.5a/cm2。該工藝條件下，電解共沉積過(guò)程更加穩(wěn)定，從而有利于進(jìn)一步提高鎂鉛合金制品的質(zhì)量穩(wěn)定性。以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的有益效果。實(shí)施例1合金設(shè)計(jì)為mg-5wt％pb(其中pb的含量為5wt％)，按此比例配置氯化鎂和氯化鉛的混合物。預(yù)先設(shè)定電解時(shí)間(間隔時(shí)間)為30min，電解電流為直流電源2a；按公式計(jì)算得出混合原料中氯化鎂的質(zhì)量，相應(yīng)稱取上述混合物中的一部分為混合原料，并按此混合原料向電解爐中周期性的加料，進(jìn)行連續(xù)的熔鹽電解共沉積。具體電解參數(shù)如下：電解陰極為不銹鋼，陽(yáng)極為石墨；直流電源：2a；電解質(zhì)溫度700℃；陰極電流密度1a/cm2；電解質(zhì)組成：氯化鎂15wt％－氯化鋰60wt％－氯化鈉25wt％。混合原料加料周期為30min。在上述工藝參數(shù)條件下，連續(xù)電解10小時(shí)后，取出合金，使用icp分析鉛含量。具體數(shù)據(jù)如下表所示：合金設(shè)計(jì)mg-5wt％pb所得合金成分mg-4.60wt％pb實(shí)施例2合金設(shè)計(jì)為mg-5wt％pb(其中pb的含量為5wt％)，按此比例配置氯化鎂和氯化鉛的混合物。預(yù)先設(shè)定電解時(shí)間(間隔時(shí)間)為30min，電解電流為直流電源2a；按公式計(jì)算得出混合原料中氯化鎂的質(zhì)量，相應(yīng)稱取上述混合物中的一部分為混合原料，并按此混合原料向電解爐中周期性的加料，進(jìn)行連續(xù)的熔鹽電解共沉積。具體電解參數(shù)如下：電解陰極為鉬，陽(yáng)極為石墨；直流電源：2a；電解質(zhì)溫度900℃；陰極電流密度0.5a/cm2；電解質(zhì)組成：氯化鎂8wt％－氯化鋰70wt％－氯化鈉22wt％?；旌显霞恿现芷跒?0min。在上述工藝參數(shù)條件下，連續(xù)電解10小時(shí)后，取出合金，使用icp分析鉛含量。具體數(shù)據(jù)如下表所示：實(shí)施例3合金設(shè)計(jì)為mg-5wt％pb(其中pb的含量為5wt％)，按此比例配置氯化鎂和氯化鉛的混合物。預(yù)先設(shè)定電解時(shí)間(間隔時(shí)間)為30min，電解電流為直流電源2a；按公式計(jì)算得出混合原料中氯化鎂的質(zhì)量，相應(yīng)稱取上述混合物中的一部分為混合原料，并按此混合原料向電解爐中周期性的加料，進(jìn)行連續(xù)的熔鹽電解共沉積。具體電解參數(shù)如下：電解陰極為鎢，陽(yáng)極為石墨；直流電源：2a；電解質(zhì)溫度950℃；陰極電流密度1.5a/cm2；電解質(zhì)組成：氯化鎂10wt％－氯化鋰50wt％－氯化鈉40wt％?；旌显霞恿现芷跒?0min。在上述工藝參數(shù)條件下，連續(xù)電解10小時(shí)后，取出合金，使用icp分析鉛含量。具體數(shù)據(jù)如下表所示：合金設(shè)計(jì)mg-5wt％pb所得合金成分mg-4.45wt％pb實(shí)施例4合金設(shè)計(jì)為mg-5wt％pb(其中pb的含量為5wt％)，按此比例配置氯化鎂和氯化鉛的混合物。預(yù)先設(shè)定電解時(shí)間(間隔時(shí)間)為30min，電解電流為直流電源2a；按公式計(jì)算得出混合原料中氯化鎂的質(zhì)量，相應(yīng)稱取上述混合物中的一部分為混合原料，并按此混合原料向電解爐中周期性的加料，進(jìn)行連續(xù)的熔鹽電解共沉積。具體電解參數(shù)如下：電解陰極為鎢，陽(yáng)極為石墨；直流電源：2a；電解質(zhì)溫度950℃；陰極電流密度1.6a/cm2；電解質(zhì)組成：氯化鎂5wt％－氯化鋰75wt％－氯化鈉20wt％?；旌显霞恿现芷跒?0min。在上述工藝參數(shù)條件下，連續(xù)電解10小時(shí)后，取出合金，使用icp分析鉛含量。具體數(shù)據(jù)如下表所示：合金設(shè)計(jì)mg-5wt％pb所得合金成分mg-4.40wt％pb對(duì)比例1合金設(shè)計(jì)為mg-5wt％pb(其中pb的含量為5wt％)，按此比例配置氯化鎂和氯化鉛的混合物。預(yù)先設(shè)定電解時(shí)間(間隔時(shí)間)為30min，電解電流為直流電源2a；按公式計(jì)算得出混合原料中氯化鎂的質(zhì)量，相應(yīng)稱取上述混合物中的一部分為混合原料，并按此混合原料向電解爐中周期性的加料，進(jìn)行連續(xù)的熔鹽電解共沉積。具體電解參數(shù)如下：電解陰極為鎢，陽(yáng)極為石墨；直流電源：2a；電解質(zhì)溫度950℃；陰極電流密度1.6a/cm2；電解質(zhì)組成：氯化鎂5wt％－氯化鋰75wt％－氯化鈉20wt％?；旌显霞恿现芷跒?0min。在上述工藝參數(shù)條件下，連續(xù)電解10小時(shí)后，取出合金，使用icp分析鉛含量。具體數(shù)據(jù)如下表所示：合金設(shè)計(jì)mg-5wt％pb所得合金成分mg-4.20wt％pb-0.06wt％li-0.03wt％na對(duì)比例2合金設(shè)計(jì)為mg-5wt％pb(其中pb的含量為5wt％)，按此比例配置氯化鎂和氯化鉛的混合物。預(yù)先設(shè)定電解時(shí)間(間隔時(shí)間)為30min，電解電流為直流電源2a；按公式計(jì)算得出混合原料中氯化鎂的質(zhì)量，相應(yīng)稱取上述混合物中的一部分為混合原料，并按此混合原料向電解爐中周期性的加料，進(jìn)行連續(xù)的熔鹽電解共沉積。具體電解參數(shù)如下：電解陰極為鎢，陽(yáng)極為石墨；直流電源：2a；電解質(zhì)溫度950℃；陰極電流密度1.6a/cm2；電解質(zhì)組成：氯化鎂5wt％－氯化鋰75wt％－氯化鈉20wt％?；旌显霞恿现芷跒?0min。在上述工藝參數(shù)條件下，連續(xù)電解10小時(shí)后，取出合金，使用icp分析鉛含量。具體數(shù)據(jù)如下表所示：合金設(shè)計(jì)mg-5wt％pb所得合金成分mg-4.01wt％pb從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：利用上述制備方法，通過(guò)熔鹽電解共沉積法，能夠制備出鎂鉛合金。更重要地，本發(fā)明通過(guò)在電解期間控制鎂離子和鉛離子的放電所需的法拉第電量與電解電量匹配一致性，將二者相對(duì)誤差控制在±15％以內(nèi)，能夠使鎂鉛合金制品中兩種金屬成分的含量基本與目標(biāo)含量一致，從而達(dá)到有效控制合金成分的目的。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12