CN105624737A - 一种制备稀土镁合金的方法及稀土钇钕镁合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种稀土钇钕镁合金的制备方法及稀土钇钕镁合金，用石墨块作阳极，钼棒为惰性阴极，钼坩埚作为合金接收器，在氟化钇-氟化钕-氟化锂组成的氟化物熔盐电解质体系中，加入氧化钇、氧化钕和氧化镁的混合物，通以直流电电解得到稀土钇钕镁合金；其中，氟化物熔盐电解质体系的各组分质量比为，氟化钇：氟化钕：氟化锂=（5-20）：（70-90）：（5-10）；按质量百分比，氧化镁=（99-80）：（1-20），且氧化钕：氧化钇=（99-1）：（1-99）；电解温度为1050-1150℃。其优点是：工艺流程简单，成本低，产品成分稳定，工艺过程仅产生CO2和少量CO，对环境污染小，属于绿色环保工艺，适于大规模生产。

Description

一种制备稀土镁合金的方法及稀土钇钕镁合金
技术领域
本发明涉及一种稀土钇钕镁合金的制备方法及稀土钇钕镁合金，属于稀土火法冶金领域。
背景技术
高熔点稀土合金的制备方法主要有对掺法、热还原法、熔盐电解法。与前两种方法相比，熔盐电解法具有不需要先制备单一稀土金属、也不需要高成本的还原剂和复杂的设备、成本低、成分均匀且容易控制、质量好、易实现连续生产等诸多优点。
但是稀土镁合金的制备方法主要是对掺法，也就是用上述的方法制取的稀土金属或合金配加金属镁在真空和一定温度条件下熔化，使得各种金属合金化从而制得稀土镁合金的一种方法，从以上所述可以看出，现在的稀土镁合金制备工艺复杂，冗长。最大的问题是这样制得的稀土镁合金成本很高。
钇钕镁(Y-Nd-Mg)三元中间合金具有广泛的用途，它可作为Y-Mg系高性能稀土镁合金的中间合金（WE43、WE54），进而在航空航大等领域得到了广泛的应用。
查阅国内外专利及文献，稀土钇钕镁合金制备工艺文献极少，大都介绍金属钇、金属钕、镨钕合金的制备方法。日本专利（专利号49-34412）介绍了在氟盐体系下，利用Fe、Ni、Co、Cu、Ti、Mn作为可耗固体电解，可电解制备上述金属同Y、Sm、Sc、Lu、Tm、Er、Ho、Tb、Gd和Nd等的合金，但只举例了Ce-Fe、Y-Fe的制备工艺条件。中国专利CN103060853公开了一种熔盐电解制备钬铁合金的方法，通过电解氧化钬原料，在氟盐体系制备了含钬75%的Ho-Fe合金。中国专利CN1035322公开了一种金属钇的制备方法，采用氟化钇、氟化锂、氟化钡三元熔盐体系、氧化钇和氧化镁混合物电解共析法连续生产钇－镁合金，然后真空蒸馏除镁制备金属钇。中国专利CN102465209A公布了一种高纯金属钕的制备方法及其装置,其特点是采用真空蒸馏法提纯金属钕，即在真空环境下，利用金属钕与杂质元素在某一温度下蒸汽压不同，采用预蒸馏除杂和金属钕蒸馏提纯分步蒸馏工艺。
综上可知，当前Y-Nd-Mg三元中间合金的制各主要采用典型熔配法，金属Nd的制备通过氟盐体系熔盐电解Nd2O3制备；Y-Mg和Nd-Mg中间合金的制备在感应炉中熔配，由于金属Mg的蒸汽压较高，在熔炼过程中金属Mg烧损严重且频繁出现喷炉现象。
以上制备稀土镁中间合金的方法为自耗阴极法，此法虽较对掺法相比具有投资少、生产成本低、生产工艺简单、可连续化规模化生产等优点，但同时也存在合金中配分波动大，配分误差高达3%-5%，影响了产品的一致性。电解过程中造渣严重，导致生产成本升高，生产中阴极更换频繁，劳动强度大等缺点。制备单一金属钇和钕以及钇镁合金的方法也有公布，但是通过电解法直接制备钇钕镁合金的方法还未见公布。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提供一种稀土钇钕镁合金的制备方法及稀土钇钕镁合金。本方法成本低、易实现连续生产；产品成分均匀且容易控制、质量好。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
用石墨块作阳极，钼棒为惰性阴极，钼坩埚作为合金接收器，在氟化钇-氟化钕-氟化锂组成的氟化物熔盐电解质体系中，加入氧化钇、氧化钕和氧化镁的混合物，通以直流电电解得到稀土钇钕镁合金；其中，氟化物熔盐电解质体系的各组分质量比为，氟化钇：氟化钕：氟化锂=（5-20）：（70-90）：（5-10）；按质量百分比，氧化钕+氧化钇：氧化镁=（99-80）：（1-20），且氧化钕：氧化钇=（99-1）：（1-99）；电解温度为1050-1150℃。
所述电解过程中，阳极电流密度0.5-2.5A/cm2，阴极电流密度为5-25A/cm2。
用所述方法制备的稀土钇钕镁合金，其质量百分数组成为：金属钇+金属钕99～80%、金属镁1～20%。
本发明的优点是：以简单氟化物电解质体系电解混合氧化物制得稀土钇钕镁合金，工艺流程简单，成本低，产品成分稳定，工艺过程仅产生CO2和少量CO，对环境污染小，属于绿色环保工艺，适于大规模生产。
具体实施方式
按设计比例将氟化钇、氟化钕、氟化锂加入电解槽中，待三种物质配成的电解质熔化，温度达到电解温度后，插入阴极导电钼棒，使之插入到电解质液面预定深度，启动整流器，开始加料，也就是加入预先配置好的稀土氧化物和氧化镁的混合物，进行电解，电解一段时间后，取出合金，称重并作分析。
实施实例一：
电解质比例为氟化钕：氟化钇：氟化锂=82：9：9（质量比），原料比例为氧化钕+氧化钇：氧化镁=10：1（质量比）。在4000A电解炉内进行电解，电解电流强度为3800A，阴极电流密度为8A/cm2，阳极电流密度为1.5A/cm2，电解温度1060℃。合金成分分析结果如下：
（质量分数、%）
Mg Y Nd Si Fe C
6.05 10.52 82.33 0.018 0.28 0.032
实施实例二：
电解质比例为氟化钕：氟化钇：氟化锂=80:10:10（质量比），原料比例为氧化钕+氧化钇：氧化镁=9:1（质量比）。在4000A电解炉内进行电解，电解电流强度为4000A，阴极电流密度为7.5A/cm2，阳极电流密度为1.5A/cm2，电解温度1060℃。合金成分分析结果如下：
（质量分数、%）
Mg Y Nd Si Fe C
6.55 11.25 80.80 0.019 0.25 0.027
实施实例三：
电解质比例为氟化钕：氟化钇：氟化锂=82:9:9（质量比），原料比例为氧化钕：氧化钇=9:1（质量比）。在4000A电解炉内进行电解，电解电流强度为3600A，阴极电流密度为6A/cm2，阳极电流密度为1.5A/cm2，电解温度1040℃。合金成分分析结果如下：
（质量分数、%）
Mg Y Nd Si Fe C
6.44 10.35 83.26 0.019 0.25 0.03
实施实例四：
电解质比例为氟化钕：氟化钇：氟化锂=82:9:9（质量比），原料比例为氧化钕：氧化钇=88:12（质量比）。在4000A电解炉内进行电解，电解电流强度为4000A，阴极电流密度为7A/cm2，阳极电流密度为1.5A/cm2，电解温度1040℃。合金成分分析结果如下：
（质量分数、%）
Mg Y Nd Si Fe C
7.92 11.55 79.80 0.018 0.29 0.023

Claims (3)

1.一种稀土钇钕镁合金的制备方法，其特征是：用石墨块作阳极，钼棒为惰性阴极，钼坩埚作为合金接收器，在氟化钇-氟化钕-氟化锂组成的氟化物熔盐电解质体系中，加入氧化钇、氧化钕和氧化镁的混合物，通以直流电电解得到稀土钇钕镁合金；其中，氟化物熔盐电解质体系的各组分质量比为，氟化钇：氟化钕：氟化锂=（5-20）：（70-90）：（5-10）；按质量百分比，氧化钕+氧化钇：氧化镁=（99-80）：（1-20），且氧化钕：氧化钇=（99-1）：（1-99）；电解温度为1050-1150℃。
2.根据权利要求1所述的稀土钇钕镁合金的制备方法，其特征是：所述电解过程中，阳极电流密度0.5-2.5A/cm2，阴极电流密度为5-25A/cm2。
3.一种根据权利要求1所述的稀土钇钕镁合金的制备方法制备的稀土钇钕镁合金，其特征是：所述稀土钇钕镁合金，其质量百分数组成为：金属钇+金属钕99～80%、金属镁1～20%。
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