CN102995067B

CN102995067B - 一种熔盐电解制备铝镁钕合金的方法

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Publication number: CN102995067B
Application number: CN201210422168.2A
Authority: CN
Inventors: 李梅; 张密林; 刘垚臣; 韩伟
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: CN102995067A

Abstract

本发明提供的是一种熔盐电解制备铝镁钕合金的方法在电解槽中，以钼为阴极并置于电解槽底部，石墨为阳极，加入AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为8.6~9.4%、4.3~6.3%、37.5~38.7%、46.9~48.4%，再按AlF₃质量的2.2~5.5％加入氧化钕，将温度控制在650~700℃，待熔融后，控制阴、阳极电流密度分别为5.19~6.92A/cm²、0.64~0.85/cm²，槽电压为4.8~5.1V，电解2~3小时，每电解一小时更换一次阴极，同时将更换的阴极置入5%的稀盐酸溶液中浸泡30分钟，在电解槽阴极附近析出液态Al-Mg-Nd合金，冷却得到固态Al-Mg-Nd三元合金。本发明可以有效地避免阴极钝化，提高电流效率和稀土直收率。

Description

一种熔盐电解制备铝镁钕合金的方法

技术领域

本发明涉及的是一种铝镁稀土合金的制备方法。

背景技术

铝镁合金具有密度低、抗拉强度高、延展性强、塑性好、易于加工成型等特点，且耐腐蚀、易焊接，常用于汽车飞机制造业和船舶工业。例如：汽车车门、模具、发动机零部件、密封件、装甲板、压力容器、船舶材料等。同时，又具有散热性能好，容易着色的优点，能满足新型电子产品高度集成化、轻薄化、微型化、散热性好及电磁屏蔽的要求，且容易着色，可用于中高档超薄型或小尺寸笔记本的外壳。

传统的铝镁合金生产通常采用混溶法，即使用单质铝和单质镁熔融后混溶，该方法生产设备简单，流程短，但成本较大。

为了提高铝镁合金的性能，通常在合金中加入第三元素，加入稀土元素，能与合金中其他杂质元素形成金属间化合物，加大过冷度，具有细化晶粒的作用，同时，还能形成弥散分布的金属间化合物，优化铝镁合金的结构，减少针状晶，增加球晶，提高合金的强度，强化晶界，显著提高耐热强度。

目前，工业上生产铝镁稀土合金主要采用混熔法，例如：公开号为CN1085259，名称为“稀土铝镁合金粉及其制备方法”的专利文件中，公开了一种稀土铝镁合金粉的制备方法，使用中频感应炉冶炼,带筛球磨机研磨，采用配料、熔炼、铸锭、磨粉的工艺流程。其成分含量为镁45~50％,铝余量,稀土金属0.1~0.5％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高电流效率和稀土回收率，对设备腐蚀小、生产成本低的熔盐电解制备铝镁钕合金的方法。

本发明的目的是这样实现的：

在电解槽中，以惰性金属钼为阴极并置于电解槽底部，石墨为阳极，加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为8.6~9.4%、4.3~6.3%、37.5~38.7%、46.9~48.4%，再按AlF₃质量的2.2~5.5％加入氧化钕，混合均匀，将温度控制在650~700℃，待熔融后，通入直流电电解，控制阴极电流密度为5.19~6.92A/cm²，阳极电流密度为0.64~0.85/cm²，槽电压为4.8~5.1V，电解2~3小时，每电解一小时更换一次阴极，同时将更换的阴极金属钼棒置入浓度为5%的稀盐酸溶液中浸泡30分钟，去除钝化层，取出置入蒸馏水中超声清洗，干燥后备用，在电解槽阴极附近析出液态Al-Mg-Nd合金，冷却得到固态Al-Mg-Nd三元合金。所得的合金中，金属铝的含量为61.4~89.4%，金属镁的含量为1.1~26.2%，金属钕的含量为5.8~11.3%，电流效率为53.6-81.5%，稀土的直收率为37.7~84.7%。

本发明提供的制备Al-Mg-Nd三元合金的方法不同于传统的混溶法，在氟氯化物体系中，直接采用廉价易得的AlF₃、MgCl₂及Nd₂O₃，一步电解得到不同含量的Al-Mg-Nd三元合金。MgCl₂的晶型介于离子晶体与分子晶体之间，对氧化钕（Nd₂O₃）具有氯化作用〔3MgCl₂+Nd₂O₃＝2NdCl₃+3MgO〕，增大了Nd³⁺的浓度，提高了稀土的回收率。由于MgCl₂具有较强的吸水性，容易吸收空气中的水蒸气，在电解温度下，最终会形成不溶性的MgO〔MgCl₂+H₂O＝MgO+2HCl（g）〕，附着在电极表面形成一层氧化膜，阻止Al³⁺、Mg²⁺和Nd³⁺在电极表面沉积，空耗电流，降低电流效率和稀土的直收率。每电解一小时更换一次阴极，同时将更换的阴极金属钼棒（Mo）置入浓度为5%的稀盐酸溶液中浸泡30分钟，取出置入蒸馏水中超声清洗，干燥后备用。经过更换阴极，可以有效地避免阴极钝化，提高电流效率和稀土直收率。

附图说明

图1是实施例1制备的Al-Mg-Nd三元合金的XRD图谱，从图中可以看出，Mg是以Al₃Mg₂金属间化合物的形式存在于合金相中，Nd是以Al₃Nd和Al₂Nd金属间化合物以及Nd单质的形式存在于合金相中。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述：

实施例1：在电解槽中，以金属钼（Mo）为惰性阴极并置于电解槽底部，石墨为阳极，在刚玉坩锅中加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为8.6%、4.3%、38.7%、48.4%，再按AlF₃质量的2.5％加入氧化钕（Nd₂O₃），混合均匀，控制电解温度为700℃，阴极电流密度为6.92A/cm²，阳极电流密度为0.85A/cm²，电解槽电压为4.8~4.9V，经过3个小时的电解，在电解槽阴极附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg和Nd的含量分别为64.5%、26.1%、9.4%，电流效率为53.6%，稀土的直收率为68.8%。

实施例2：在电解槽中，以金属钼（Mo）为惰性阴极并置于电解槽底部，石墨（C）为阳极，在刚玉坩锅中加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为9.9%、1.1%、39.5%、49.5%，再按AlF₃质量的2.2%加入氧化钕（Nd₂O₃），混合均匀，控制电解温度为700℃，阴极电流密度为5.19A/cm²，阳极电流密度为0.64A/cm²，电解槽电压为5.0~5.1V，经过2个小时电解，在电解槽阴极附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg和Nd的含量分别为89.4%、3.3%、7.3%，电流效率为81.5%，稀土的直收率为37.7%。

实施例3：在电解槽中，以金属钼（Mo）为惰性阴极并置于电解槽底部，石墨（C）为阳极，在刚玉坩锅中加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为9.8%、2.2%、39.1%、48.9%，再按AlF₃质量的2.2%加入氧化钕（Nd₂O₃），混合均匀，控制电解温度为700℃，阴极电流密度为5.19A/cm²，阳极电流密度为0.64A/cm²，电解槽电压为5.0~5.1V，经过3个小时的电解，在电解槽于阴极附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg和Nd的含量分别为86.3%、1.1%、12.6%，电流效率为75.6%，稀土的直收率为84.7%。

实施例4：在电解槽中，以金属钼（Mo）为惰性阴极并置于电解槽底部，石墨（C）为阳极，在刚玉坩锅中加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为9.7%、3.2%、38.7%、48.4%，再按AlF₃质量的2.2%加入氧化钕（Nd₂O₃），混合均匀，控制电解温度为650℃，阴极电流密度为5.19A/cm²，阳极电流密度为0.64A/cm²，电解槽电压为4.8~4.9V，经过3个小时的电解，在电解槽阴极附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg和Nd的含量分别为83.7%、10.5%、5.8%，电流效率为66.8%，稀土的直收率为36.8%。

实施例5：在电解槽中，以金属钼（Mo）为惰性阴极并置于电解槽底部，石墨（C）为阳极，在刚玉坩锅中加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为9.6%、4.3%、38.7%、47.4%，再按AlF₃质量的2.2%加入氧化钕（Nd₂O₃），混合均匀，控制电解温度为650℃，阴极电流密度为5.19A/cm²，阳极电流密度为0.64A/cm²，电解槽电压为4.8~4.9V，经过3个小时的电解，在电解槽阴极附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg和Nd的含量分别为75.8%、14.3%、9.9%，电流效率为65.5%，稀土的直收率为64.5%。

实施例6：在电解槽中，以金属钼（Mo）为惰性阴极并置于电解槽底部，石墨（C）为阳极，在刚玉坩锅中加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为9.5%、5.3%、37.9%、47.3%，再按AlF₃质量的2.2%加入氧化钕（Nd₂O₃），混合均匀，控制电解温度为650℃，阴极电流密度为5.19A/cm²，阳极电流密度为0.64A/cm²，电解槽电压为4.8~4.9V，经过3个小时的电解，在电解槽阴极附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg和Nd的含量分别为71.0%、22.2%、6.8%，电流效率为57.6%，稀土的直收率为38.8%。

实施例7：在电解槽中，以金属钼（Mo）为惰性阴极并置于电解槽底部，石墨（C）为阳极，在刚玉坩锅中加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为9.4%、6.3%、37.4%、46.9%，再按AlF₃质量的2.2%加入氧化钕（Nd₂O₃），混合均匀，控制电解温度为650℃，阴极电流密度为5.19A/cm²，阳极电流密度为0.64A/cm²，电解槽电压为4.8~4.9V，经过2个小时的电解，在电解槽阴极附近析出Al-Mg-Nd三元合金，合金中Al、Mg和Nd的含量分别为61.4%、27.6%、11.0%，电流效率为70.7%，稀土的直收率为67.9%。

Claims

1.一种熔盐电解制备铝镁钕合金的方法，其特征是：在电解槽中，以惰性金属钼为阴极并置于电解槽底部，石墨为阳极，加入经干燥脱水的AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl，各组分的质量百分比分别为8.6～9.4％、4.3～6.3％、37.5～38.7％、46.9～48.4％，再按AlF₃质量的2.2～5.5％加入氧化钕，混合均匀，将温度控制在650～700℃，待熔融后，通入直流电电解，控制阴极电流密度为5.19～6.92A/cm²，阳极电流密度为0.64～0.85A/cm²，槽电压为4.8～5.1V，电解2～3小时，每电解一小时更换一次阴极，同时将更换的阴极金属钼棒置入浓度为5％的稀盐酸溶液中浸泡30分钟，去除钝化层，取出置入蒸馏水中超声清洗，干燥后备用，在电解槽阴极附近析出液态Al-Mg-Nd合金，冷却得到固态Al-Mg-Nd三元合金。

2.根据权利要求1所述熔盐电解制备铝镁钕合金的方法，其特征是：AlF₃、MgCl₂、NaCl和KCl的质量百分比分别为8.6％、4.3％、38.7％和48.4％，按AlF₃质量的2.5％加入氧化钕控制电解温度为700℃，阴极电流密度为6.92A/cm²，阳极电流密度为0.85A/cm²，电解槽电压为4.8～4.9V，经过3个小时的电解。