一種制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種制備鋁-鈧中間合金的方法，具體涉及一種制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法，屬于熔鹽電解技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈧作為一種稀土元素添加到鋁或鋁合金中，不僅能夠提高鋁合金的強(qiáng)度和韌性(含鈧鋁合金的強(qiáng)度大于750MPa，彈性模數(shù)可超過10GPa);而且也能顯著改善鋁合金的可焊性、耐熱性、抗蝕性、熱穩(wěn)定性和抗中子輻照損傷的作用，被認(rèn)為是新一代航天航空、艦船、兵器用高性能鋁合金結(jié)構(gòu)材料。
[0003]但由于金屬鈧?cè)埸c(diǎn)(1541°C )與金屬鋁(660°C )相差很大，在制取含鈧鋁合金時，鈧必須以中間合金(如Al-Sc、Mg-Sc或Al-Mg-Sc等)的形式加入。研宄表明，對于鈧含量約2%的鋁-鈧中間合金，其熔點(diǎn)約為800°C，與金屬鋁的熔點(diǎn)相接近，有利于制備含鈧鋁合金。因此，鋁-鈧中間合金成為制取含鈧鋁合金的關(guān)鍵原材料。
[0004]與對摻法和金屬熱還原法相比，熔鹽電解法制備鋁-鈧中間合金因可采用低價原材料、所獲產(chǎn)品質(zhì)量高，有利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模大，自動化程度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。通常采用的方案是以現(xiàn)行預(yù)焙鋁電解技術(shù)為基礎(chǔ)，同時按比例混合添加氧化鋁和氧化鈧，使金屬鈧和金屬鋁在電解槽陰極共同析出，從而獲得鋁-鈧中間合金
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[0005]然而，由于金屬鈧的析出電位高，為確保鋁與鈧能同時析出，需要維持電解質(zhì)中高的氧化鈧濃度(通常認(rèn)為，熔體中的鈧鋁比應(yīng)大于2)。眾所周知，現(xiàn)行工業(yè)預(yù)焙槽煉鋁過程中，為防止陽極效應(yīng)的發(fā)生，氧化鋁濃度需控制在1.5%以上。顯然，為確保金屬鋁和金屬鈧在陰極的共同析出，需維持電解質(zhì)中氧化鈧的濃度大于4%以上。研宄表明，氧化鋁與氧化鈧在電解質(zhì)中的存在將降低彼此在熔體中的溶解度。因此，采用這種金屬鋁和金屬鈧在陰極共同析出的熔鹽電解法制備鋁-鈧中間合金時，所需要的這種高氧化鈧濃度，極易造成氧化鈧和氧化鋁在電解槽底形成沉淀，不僅帶來原材料的極大浪費(fèi)，也影響電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行，不能滿足生產(chǎn)過程低成本高效率運(yùn)行的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝方法簡單、操作方便、原材料利用率高、生產(chǎn)過程成本低、電解槽運(yùn)行穩(wěn)定的制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法。
[0007]本發(fā)明一種制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法，是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]電解槽:采用點(diǎn)式下料水平式熔鹽電解槽；
[0009]電解質(zhì)體系:采用氟化物熔鹽M3AlF6-AlF3S電解質(zhì)；
[0010]以氧化鋁和含鈧化合物作為電解原料；
[0011]將氧化鋁和含鈧化合物在不同的點(diǎn)式下料口，分別獨(dú)立下料，氧化鋁和含鈧化合物的下料量按設(shè)計制備的鋁-鈧中間合金中鋁、鈧的質(zhì)量百分比確定；氧化鋁和含鈧化合物溶解進(jìn)入電解質(zhì)體系，在陰極不同區(qū)域電解析出熔融態(tài)金屬鋁和鈧，在電磁場的作用下，熔融態(tài)金屬鋁和鈧產(chǎn)生流動、混合，實(shí)現(xiàn)金屬鋁和鈧二者的合金化，獲得具有目標(biāo)含量組份的鋁-鈧中間合金產(chǎn)品。
[0012]本發(fā)明一種制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法，所述點(diǎn)式下料水平式熔鹽電解槽為預(yù)焙陽極熔鹽電解槽。
[0013]本發(fā)明一種制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法，所述點(diǎn)式下料水平式熔鹽電解槽的電流密度為0.60-1.2A/cm2。
[0014]本發(fā)明一種制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法，所述含鈧化合物選自氧化鈧、氟化鈧、氯化鈧中的至少一種。
[0015]本發(fā)明一種制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法，所述氟化物11#1?6選自Na3AlF6、K3AlFpLi3AlFf^ 的至少一種。
[0016]本發(fā)明一種制備鋁-鈧中間合金的熔鹽電解方法，制備的鋁-鈧中間合金產(chǎn)品中鈧含量為1.5% _3.0%，鋁和鈧的總質(zhì)量百分含量大于等于99%。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠獲得以下效果:
[0018]I)本發(fā)明由于采用不同的點(diǎn)式下料口進(jìn)行分類下料，可以確保氧化鋁或含鈧化合物在局部電解質(zhì)體系中的溶解度滿足設(shè)計要求，確保得到的鋁-鈧中間合金產(chǎn)品組分滿足設(shè)計要求的同時，不會出現(xiàn)在生產(chǎn)過程中槽底無氧化鋁或含鈧化合物沉淀現(xiàn)象發(fā)生，從而，確保電解槽能長期穩(wěn)定運(yùn)行，自動化程度高、生產(chǎn)效率高。
[0019]2)本發(fā)明避免了原材料如氧化鋁或含鈧化合物因沉淀生成而造成的極大浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本。
[0020]3)本發(fā)明方法制備的鋁-鈧中間合金組分配比可調(diào)，當(dāng)電解溫度為900_970°C，電流密度為0.60-1.2A/cm2，極距為4cm時，在同一電解槽內(nèi)的不同陰極區(qū)域電解析出金屬鋁和金屬鈧，并使其合金化，從而獲得鈧含量為1.5% _3.0%，鋁和鈧的總質(zhì)量百分含量大于99%的鋁-鈧中間合金產(chǎn)品；適用于各種含鈧鋁合金及其他合金的添加劑，可顯著提高合金的機(jī)械性能。
【附圖說明】
[0021]附圖1為本發(fā)明實(shí)施例4制備的鈧含量為2.25%的Al-Sc中間合金SEM圖；
[0022]附圖2為本發(fā)明實(shí)施例6制備的鈧含量為2.83%的Al-Sc中間合金SEM圖；
[0023]從附圖1中可以看出:電解所獲產(chǎn)品存在物相Al3Sc (圖中顏色相對較亮的部分)和Al (圖中顏色相對較深的部分)，而無其他雜質(zhì)相，且Al3Sc均勻的分布于Al相中，表明所獲Al-Sc中間合金可以用于制備含鈧鋁合金。
[0024]從附圖2中可以看出:電解所獲產(chǎn)品存在物相Al3Sc (圖中顏色相對較亮的部分)和Al (圖中顏色相對較深的部分)，而無其他雜質(zhì)相，且Al3Sc均勾的分布于Al相中。同時，相比圖1而言，其Al3Sc的含量明顯增多，表明鈧含量相對較高，所獲Al-Sc中間合金可以用于制備含鈧鋁合金。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不限制為發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]在點(diǎn)式下料的160kA預(yù)焙陽極熔鹽電解槽內(nèi)，以氟化物熔鹽80% Na3AlF6-20%AlF3S基本電解質(zhì)，Al 203與Sc 203的下料量按質(zhì)量百分比為98.5:1.5，將Sc 203從槽內(nèi)中間下料點(diǎn)添加，Al2O3從其他下料點(diǎn)添加，在電解溫度940°C，電流密度0.75A/cm2，極距為4cm的條件下，在陰極可獲得金屬鈧質(zhì)量百分含量為1.65%、鋁和鈧