CN111455207B - 前驱体工艺制备镁钪合金的方法及该方法制备镁钪合金 - Google Patents

前驱体工艺制备镁钪合金的方法及该方法制备镁钪合金 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种前驱体工艺制备镁钪合金的方法及该方法制备镁钪合金。该方法包括以下步骤：S1，将镁粉与粉末状含钪熔盐混合，得到混合粉末；S2，将混合粉末进行热压，形成块状前驱体；S3，将块状前驱体加入至镁熔体中进行热还原反应，得到镁钪合金。因块状前驱体中已经有镁粉与含钪熔盐相互分散并接触，在将该前驱体投入至镁熔体后，刚开始的升温熔化过程中即使含钪熔盐还未来得及熔化分散开来，也能够与前驱体中本身携带的镁发生热还原反应，还原制得的金属钪也能够迅速扩散于镁熔体中。这就有效避免了热还原过程中钪的烧损，提高钪原料利用率，显著降低生产成本。

Description

前驱体工艺制备镁钪合金的方法及该方法制备镁钪合金
技术领域
本发明涉及合金制备技术领域，具体而言，涉及一种前驱体工艺制备镁钪合金的方法及该方法制备镁钪合金。
背景技术
微量钪元素可显著细化镁合金晶粒组织，提高合金性能，改善镁合金的耐蚀性、抗热性、可焊性等，同时镁钪合金还具有优异的形状记忆功能性。镁钪以上诸多的优异性能，可广泛应用于汽车、轨道交通、军工科防、航空航天等领域。
目前制备镁钪合金的方法主要有对掺法、热还原法和熔盐电解法。对掺法是在保护气氛下，将金属钪直接加入到熔化的镁熔体中，但镁、钪两者的熔点差别太大，需要长时间高温状态下将钪熔化，容易引起镁的燃烧和钪的烧损。熔盐电解法是将含钪化合物加入熔盐电解质中，在惰性气体保护下，电极析出的金属钪扩散进入镁合金熔体中形成镁钪合金，所需装置复杂，需经常更换电解槽，钪的转化率较低，能耗大、成本高。热还原法是以含钪化合物为原料，在液态熔盐体系下，以金属镁为还原剂，高温将钪原料被还原为金属钪，并向镁熔体中扩散，最终浇铸得到镁钪合金，操作简便，设备要求低、易于实现工业化生产。
然而，目前的热还原过程中在将含钪熔盐加入至镁熔体后，往往因含钪化合物还未来得及扩散熔化和热还原就在高温下发生钪烧损的现象，以至于钪原料的利用率不够，造成了生产成本过高，且资源浪费严重。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种前驱体工艺制备镁钪合金的方法及该方法制备镁钪合金，以解决现有技术中利用热还原法制备镁钪合金时存在的钪原料利用率低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种前驱体工艺制备镁钪合金的方法，其包括以下步骤：S1，将镁粉与粉末状含钪熔盐混合，得到混合粉末；S2，将混合粉末进行热压，形成块状前驱体；S3，将块状前驱体加入至镁熔体中进行热还原反应，得到镁钪合金。
进一步地，粉末状含钪熔盐为无水氯化物熔盐。
进一步地，无水氯化物熔盐包括氯化钪和碱金属氯化物，且氯化钪和碱金属氯化物的摩尔比为1:3～6。
进一步地，碱金属氯化物为氯化钾和氯化钠。
进一步地，镁粉与粉末状含钪熔盐的重量比为(1～10):10。
进一步地，镁熔体与块状前驱体的重量比为100:(1～60)。
进一步地，步骤S2中，将混合粉在100～400℃温度、100～600MPa压力下保压10～30min，形成块状前驱体；优选地，块状前驱体的尺寸为20mm～50mm。
进一步地，步骤S3中，热还原反应的温度为850～1000℃，反应时间为30～180min。
进一步地，镁粉的颗粒尺寸为50～300目，纯度大于等于99.0wt％。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述方法制备得到的镁钪合金。
本发明提供的是一种前驱体工艺制备镁钪合金的方法，是将镁粉与粉末状含钪熔盐混合、热压制成块状前驱体后，再投入至镁熔体中进行热还原反应。因块状前驱体中已经有镁粉与含钪熔盐相互分散并接触，在将该前驱体投入至镁熔体后，刚开始的升温熔化过程中即使含钪熔盐还未来得及熔化分散开来，也能够与前驱体中本身携带的镁发生热还原反应，还原制得的金属钪也能够迅速扩散于镁熔体中。这就有效避免了热还原过程中钪的烧损，提高钪原料利用率，显著降低生产成本。同时，该工艺还可通过控制前驱体中镁粉与熔盐的比例，来控制热还原反应的快慢，及镁钪合金中钪的含量，所用设备简单，操作方便，易于推广应用。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中利用热还原法制备镁钪合金时存在钪原料利用率低的问题。
为了解决这一问题，本发明提供了一种前驱体工艺制备镁钪合金的方法，其包括以下步骤：S1，将镁粉与粉末状含钪熔盐混合，得到混合粉末；S2，将混合粉末进行热压，形成块状前驱体；S3，将块状前驱体加入至镁熔体中进行热还原反应，得到镁钪合金。
本发明提供的是一种前驱体工艺制备镁钪合金的方法，是将镁粉与粉末状含钪熔盐混合、热压制成块状前驱体后，再投入至镁熔体中进行热还原反应。因块状前驱体中已经有镁粉与含钪熔盐相互分散并接触，在将该前驱体投入至镁熔体后，刚开始的升温熔化过程中即使含钪熔盐还未来得及熔化分散开来，也能够与前驱体中本身携带的镁发生热还原反应，还原制得的金属钪也能够迅速扩散于镁熔体中。这就有效避免了热还原过程中钪的烧损，提高钪原料利用率，显著降低生产成本。同时，该工艺还可通过控制前驱体中镁粉与熔盐的比例，来控制热还原反应的快慢，及镁钪合金中钪的含量，所用设备简单，操作方便，易于推广应用。
在一种优选的实施方式中，粉末状含钪熔盐为无水氯化物熔盐或氟氯化物熔盐。使用这些含钪熔盐，一方面熔盐熔化后具有良好的流动性，有利于提高热还原反应的效率，另一方面密度更为适宜。两方面的原因使得钪的利用率更高，反应也更稳定。另外，出于减少设备损耗的目的，相比于氟氯化物熔盐，更优选采用无水氯化物熔盐。
在一种优选的实施方式中，无水氯化物熔盐包括氯化钪和碱金属氯化物，且氯化钪和碱金属氯化物的摩尔比为1:3～6；优选地，碱金属氯化物为氯化钾和氯化钙。采用上述无水氯化物熔盐，能够更有效地控制最终镁钪合金中的钪含量。
为了尽量提高镁钪合金中的钪含量，同时进一步减少热还原过程中的钪烧损，在一种优选的实施方式中，镁粉与粉末状含钪熔盐的重量比为(1～10):10。更优选地，镁熔体与块状前驱体的重量比为100:(1～60)。
在一种优选的实施方式中，步骤S2中，将混合粉在100～400℃温度、100～600MPa压力下保压10～30min，形成块状前驱体。在该条件下能够制得更紧实的块状前驱体，减少镁粉与熔盐粉末之间的空隙，一方面更有利于使含钪原料及时与镁行热还原反应，另一方面还有利于减少空气携带，进一步减少反应刚开始时的副反应，提高镁钪合金的纯度。更优选地，块状前驱体的尺寸(粒径)为20mm～50mm。将块状前驱体的尺寸控制在上述范围内，有利于提高传热效率，进而使块状前驱体在进入镁熔体后能够更快速熔化、分散。
在实际操作过程中，可以先将熔盐与镁粉按比例在搅拌或研磨过程中充分混合，然后将混合粉末置入模具中，再将模具预热，其次进行热压，冷却至室温，得到块状前驱体。
在一种优选的实施方式中，步骤S3中，热还原反应的温度为850～1000℃，反应时间为30～180min。在该条件下，热还原反应更为充分。在实际操作过程中，可以将镁锭放入石墨坩埚中加热至熔化，然后向其中按比例添加块状前驱体，继续加热至前驱体完全熔化并搅拌，进行上述热还原反应。
优选地，在热还原反应结束后，将上层混合熔盐液去除，浇铸制得镁钪合金
为了减少杂质引入，在一种优选的实施方式中，镁粉的颗粒尺寸为50～300目，纯度大于等于99.0wt％。
总之，本发明利用前驱体工艺制备镁钪合金，块状前驱体中镁粉与熔盐充分混合，可显著促进镁热还原反应的进行，有效控制镁钪合金中钪含量；且块状前驱体加入镁熔体中，可有效避免高温下混合熔盐中含钪原料的氧化烧损，提高钪原料的有效利用率。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述方法制备得到的镁钪合金。基于前文所述原因，本发明制备得到的镁钪合金中钪的利用率更高，合金纯度更高。同时，因热还原反应稳定，镁钪合金成分的组织也更均匀。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1：
本实施方式的前驱体工艺制备镁钪合金的工艺按以下步骤
(1)将50目镁粉与无水氯化物混合熔盐按照重量比Mg：ScCl3-x[K(Na)Cl]＝1：10的比例混合均匀，其中ScCl3：K(Na)Cl摩尔比＝1：3，钾和钠摩尔比为1:1，然后将混合粉末放入模具中，预热至200℃，在600MPa下保持压力10min，冷却至室温，得到块状前驱体，其最大粒径尺寸为20mm。
(2)称取500g镁锭，放入石墨坩埚中加热至750℃熔化，然后向其中添加5g块状前驱体，加热至前驱体完全熔化，在850℃下开始进行还原反应，且整个过程伴有搅拌，还原30min后，去除混合熔盐液后，浇铸而制得含钪0.1wt.％的镁钪合金，钪的实收率为98.2％，镁钪合金纯度为99.8％。
实施例2：
本实施方式的前驱体工艺制备镁钪合金的工艺按以下步骤
(1)将200目镁粉与无水氯化物混合熔盐按照重量比Mg：ScCl3-3[K(Na)Cl]＝1：1的比例混合均匀，其中ScCl3：K(Na)Cl摩尔比＝1：4，钾和钠摩尔比为1:1，然后将混合粉末放入模具中，预热至400℃，在100MPa下保持压力30min，冷却至室温，得到块状前驱体，其最大粒径尺寸为50mm。
(2)称取500g镁锭，放入石墨坩埚中加热至750℃熔化，然后向其中添加300g块状前驱体，加热至前驱体完全熔化，在900℃下开始进行还原反应，且整个过程伴有搅拌，还原180min后，去除混合熔盐液后，浇铸而制得含钪5.0wt.％的镁钪合金，钪的实收率为96.5％，镁钪合金纯度为99.3％。
实施例3：
本实施方式的前驱体工艺制备镁钪合金的工艺按以下步骤
(1)将300目镁粉与无水氯化物混合熔盐按照重量比Mg：ScCl3-3[K(Na)Cl]＝1：2的比例混合均匀，其中ScCl3：K(Na)Cl摩尔比＝1：5，钾和钠摩尔比为1:1，然后将混合粉末放入模具中，预热至100℃，在300MPa下保持压力20min，冷却至室温，得到块状前驱体，其最大粒径尺寸为30mm。
(2)称取500g镁锭，放入石墨坩埚中加热至750℃熔化，然后向其中添加100g块状前驱体，加热至前驱体完全熔化，在1000℃下开始进行还原反应，且整个过程伴有机械搅拌，还原60min后，去除混合熔盐液后，浇铸而制得含钪1.5wt.％的镁钪合金，钪的实收率为99.1％，镁钪合金纯度为99.7％。
实施例4：
本实施方式的前驱体工艺制备镁钪合金的工艺按以下步骤
(1)将100目镁粉与无水氯化物混合熔盐按照重量比Mg：ScCl3-3[K(Na)Cl]＝3：10的比例混合均匀，其中ScCl3：K(Na)Cl摩尔比＝1：6，钾和钠摩尔比为1:1，然后将混合粉末放入模具中，预热至300℃，在400MPa下保持压力15min，冷却至室温，得到块状前驱体，其最大粒径尺寸为40mm。
(2)称取500g镁锭，放入石墨坩埚中加热至750℃熔化，然后向其中添加260g块状前驱体，加热至前驱体完全熔化，在950℃下开始进行还原反应，且整个过程伴有机械搅拌，还原120min后，去除混合熔盐液后，浇铸而制得含钪3.2wt.％的镁钪合金，钪的实收率为97.6％，镁钪合金纯度为99.5％。
实施例5：
本实施方式的前驱体工艺制备镁钪合金的工艺按以下步骤
(1)将100目镁粉与无水氯化物混合熔盐按照重量比Mg：ScCl3-3[K(Na)Cl]＝3：10的比例混合均匀，其中ScCl3：K(Na)Cl摩尔比＝1：6，钾和钠摩尔比为1:1，然后将混合粉末放入模具中，预热至300℃，在400MPa下保持压力15min，冷却至室温，得到块状前驱体，其最大粒径尺寸为5mm。
(2)称取500g镁锭，放入石墨坩埚中加热至750℃熔化，然后向其中添加260g块状前驱体，加热至前驱体完全熔化，在950℃下开始进行还原反应，且整个过程伴有机械搅拌，还原120min后，去除混合熔盐液后，浇铸而制得含钪2.8wt.％的镁钪合金，钪的实收率为85.4％，镁钪合金纯度为92.5％。
实施例6：
本实施方式的前驱体工艺制备镁钪合金的工艺按以下步骤
(1)将50目镁粉与无水氯化物混合熔盐按照重量比Mg：ScCl3-x[K(Na)Cl]＝1：12的比例混合均匀，其中ScCl3：K(Na)Cl摩尔比＝1：3，钾和钠摩尔比为1:1，然后将混合粉末放入模具中，预热至200℃，在600MPa下保持压力10min，冷却至室温，得到块状前驱体，其最大粒径尺寸为20mm。
(2)称取500g镁锭，放入石墨坩埚中加热至750℃熔化，然后向其中添加5g块状前驱体，加热至前驱体完全熔化，在850℃下开始进行还原反应，且整个过程伴有搅拌，还原30min后，去除混合熔盐液后，浇铸而制得含钪0.1wt.％的镁钪合金，钪的实收率为87.5％，镁钪合金纯度为99.8％。
对比例1
本对比例的镁钪合金制备工艺按以下步骤
(1)将200目镁粉与无水氯化物混合熔盐按照重量比Mg：ScCl3-3[K(Na)Cl]＝1：1的比例混合均匀，其中ScCl3：K(Na)Cl摩尔比＝1：4，钾和钠摩尔比为1:1。
(2)称取500g镁锭，放入石墨坩埚中加热至750℃熔化，然后向其中添加300g镁粉与无水氯化钪混合熔盐均匀混合的粉末，加热至粉末完全熔化，在900℃下开始进行还原反应，且整个过程伴有搅拌，还原180min后，去除混合熔盐液后，浇铸而制得含钪2.3wt.％的镁钪合金，钪的实收率为44.5％，镁钪合金纯度为75.3％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种前驱体工艺制备镁钪合金的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，将镁粉与粉末状含钪熔盐混合，得到混合粉末；所述粉末状含钪熔盐为无水氯化物熔盐，所述无水氯化物熔盐包括氯化钪和碱金属氯化物，且氯化钪和所述碱金属氯化物的摩尔比为1:3～6；所述镁粉与所述粉末状含钪熔盐的重量比为(1～10):10；
S2，将所述混合粉末进行热压，形成块状前驱体；具体地，将所述混合粉在100～400℃温度、100～600MPa压力下保压10～30min，形成所述块状前驱体；所述块状前驱体的尺寸为20mm～50mm；
S3，将所述块状前驱体加入至镁熔体中进行热还原反应，得到所述镁钪合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱金属氯化物为氯化钾和氯化钠。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁熔体与所述块状前驱体的重量比为100:(1～60)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述热还原反应的温度为850～1000℃，反应时间为30～180min。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述镁粉的颗粒尺寸为50～300目，纯度大于等于99.0wt％。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的方法制备得到的镁钪合金。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN100398679C (zh) * 2006-04-17 2008-07-02 重庆大学 真空热还原制备Mg-Sr合金的方法
CN100463990C (zh) * 2007-06-15 2009-02-25 重庆大学 Mg-Li-Sr合金电解制备方法
CN110340367B (zh) * 2019-08-02 2021-05-07 中国恩菲工程技术有限公司 镁钪合金的固体烧结制备方法

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