[發明專利]利用水合氯化鎂為原料電解制備鎂合金的方法

在審

• 申請號: 201310218121.9
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN104213153A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 盧旭晨;張志敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 牛海軍

技術領域

本發明屬于合金制備領域，具體地，涉及一種鎂合金的制備方法，特別是涉及一種利用水合氯化鎂為原料電解制備鎂合金的方法。

背景技術

鎂合金因其密度小、比強度和比剛度高、減震性好、易回收等優良的性能，使其在汽車制造業、航空航天等工業中有著廣泛的應用，將成為21世紀“時代金屬”。

目前，鎂合金制備方法有以下幾種：

(1)對摻法。它是將金屬鎂和各種金屬元素經過預處理后加入熔煉爐中，在熔劑等保護下進行熔煉使其合金化，進而制得鎂合金。該方法工藝簡單，是目前工業上常用的方法，但是，由于金屬鎂的熔點較低(649℃)、密度小(1.6g/cm³)，如果合金用金屬的熔點高、密度大且在合金液中溶解度小，采用這種方法制備的鎂合金偏析嚴重，合金化效果差；再者，對于化學活性強的合金用金屬，采用這種方法制備鎂合金時合金用金屬燒損嚴重。參考文獻1(艾延齡，“含Ca、Si鎂合金的顯微組織及晶體學分析”[博士學位論文]，廣州：華南理工大學，2004：20-41)以金屬鎂和金屬鈣為原料，首先將鎂錠在合金熔煉爐中在氣體保護的條件下進行熔化，將溫度升至650℃時加入金屬鈣充分攪拌，然后將溫度升至720℃靜置制得鎂合金，其中合金在加熱熔融后通過攪拌或熱擴散達到混合均勻比較困難，合金存在偏析現象。參考文獻2(CN102220505)在對摻法的基礎上，在加熱的過程中進行超聲處理，減小了鎂鑭合金的成分偏析和氧化物夾雜。

(2)陰極合金化法。它是以金屬鎂或鎂合金作為陰極，在熔鹽電解質中，在直流電場作用下，金屬離子向陰極遷移、擴散，并在陰極上進行電化學還原，陰極上析出的金屬與陰極進行合金化，制得所要求的鎂合金。例如，參考文獻3(任純緒，張康寧，“鎂陰極電解-真空蒸餾法制備金屬釹”，中國稀土學報，1986，4(4)：73-76)以液態金屬鎂作為陰極，以NdCl₃-KCl-NaCl為電解質(其中NdCl₃的含量為20％)，陰極電流密度為1.5A/cm²，在820℃±20℃下進行電解，得到的鎂釹合金中釹含量可達30％左右，電流效率為65％-70％。參考文獻4(李平，孫金冶等，“下沉陰極熔鹽電解法制取富釔稀土-鎂合金”，中國稀土學報，1987，5(2)：55-59)用含富釔稀土為10wt％的鎂合金作陰極，RE(Y)Cl₃-NaCl-KCl為電解質(稀土含量為15-20％)，陰極電流密度為1-1.5A/cm²的條件下，在750℃通過電解得到20-30％的富釔稀土鎂合金。參考文獻5(CN1908238A)采用這種方法，以無水氯化鋰和氯化鉀為原料制備電解質熔鹽，以鎂棒為陰極，在450～480℃進行電解，金屬鋰沉積在陰極鎂表面并向內部擴散得到鎂鋰合金。該方法的優點是合金成分偏析小、合金燒損小；不足之處是陰極需要及時更換，不易進行連續化生產，難以工業化；另外，金屬鎂或鎂合金陰極單獨制備，這樣增加工藝流程，增加了成本。

(3)熔鹽電解共沉積法。它是通過電解含無水氯化鎂和合金用金屬離子的電解質熔鹽，共同沉積實現合金化，進而制得鎂合金。該方法的優點為(a)合金成分偏析小、合金燒損小；(b)適合用于金屬鎂與合金用金屬熔點差別大、密度差別大的鎂合金制備；(c)連續化生產。該方法的關鍵環節是含無水氯化鎂和合金用金屬離子的優質電解質熔鹽的制備，目前采用無水氯化鎂及一些無水金屬無機鹽制備電解質熔鹽，但無水氯化鎂及一些無水金屬無機鹽制備工藝復雜，生產成本高，使得該方法制備鎂合金的商業化困難。