一种高镨含量的镁镨合金及其熔盐电解制备方法

摘要

本发明提供的是一种高镨含量的镁镨合金及其熔盐电解制备方法。在电解炉内，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3为电解质体系，各电解质的质量配比为44～45％、44～45％、8～9％、1～4％，然后加热至630℃熔融，以金属钨或钼为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，电解温度630℃下，电位值控制在-1.85V附近，经180分钟的电解，在熔盐电解槽于工作电极附近沉积出含有质量分数为9.7～23.2％的镨和余量的镁的镁镨合金。本发明不用任何金属作为原料，而是全部采用金属氯化物为原料，通过控制电解质配比可以得到不同组成的高镨含量的镁镨合金，合金中镨的质量分数为9.7～23.2％。整套工艺简单，对设备和实验条件要求低，能耗和污染小。

权利要求

1.一种高镨含量的镁镨合金，其特征是：是在电解炉内，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3为电解质体系，各电解质的质量配比为44～45%、44～45%、8～9%、1～4%，然后加热至630℃熔融，以金属钨或钼为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银为参比电极，电解温度630℃下，电位值控制在-1.85V±0.5V，经180分钟的电解，在熔盐电解槽于工作电极附近沉积出的含有质量分数为9.7～23.2%的镨和余量的镁的高镨含量的镁镨合金。

2.一种高镨含量的镁镨合金的熔盐电解制备方法，其特征是：在电解炉内，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3为电解质体系，各电解质的质量配比为44～45%、44～45%、8～9%、

1～4%，然后加热至630℃熔融，以金属钨或钼为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银为参比电极，电解温度630℃下，电位值控制在-1.85V±0.5V，经180分钟的电解，在熔盐电解槽于工作电极附近沉积出含有质量分数为9.7～23.2%的镨和余量的镁的镁镨合金。

3.根据权利要求2所述的高镨含量的镁镨合金的熔盐电解制备方法，其特征是：所述的LiCl、KCl和MgCl2在300℃下干燥24小时。

4.根据权利要求2或3所述的高镨含量的镁镨合金的熔盐电解制备方法，其特征是：

所述的PrCl3是由氧化镨和氯化铵按质量比4:1混合后，在真空干燥箱中氯化制备得到的，氯化温度为350℃，氯化时间为90分钟。

说明书

一种高镨含量的镁镨合金及其熔盐电解制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种镁基合金，具体地说是一种镁镨合金。本发明还涉及一种镁镨合金的制备方法。

背景技术

[0002] 镁合金具有比重低、比强度高、易加工和回收等优良性能，以及良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能，在汽车、航空航天工业中得到广泛的应用。可是镁易与空气、水作用而被氧化和吸氢、传统镁合金耐蚀、耐磨、耐热、强度特别是抗高温蠕变性能较差，限制了其广泛应用，不能满足关键部件发动机和传动部件方面的需要。然而，往镁合金中添加适量的稀土(作为添加剂和合金成份元素)，就能产生净化(除氢、脱氧、除铁等杂质)、细化组织(晶粒和枝晶)和合金化作用，从而改善镁合金熔铸过程(提高流动性、提高起燃温度、减少气孔疏松、蚀点、氧化物夹渣和裂纹)，提高镁合金产品质量(耐热、耐蚀、抗高温蠕变和机械力学性能)。由此可见，组合我国镁和稀土两个资源优势，采用先进工艺生产优质廉价好用的高稀土含量的镁稀土合金是具有商业应用前景的。

[0003] 镁稀土合金分为：(1)低稀土含量(＜1％重量)镁合金，稀土作为添加剂用以提升传统镁合金综合性能或特殊单项性能的结果；(2)中稀土含量(1％＜RE＜7％重量)镁合金，该系列镁合金在耐热、抗高温蠕变、耐腐蚀等性能方面有良好表现；(3)高稀土含量(7-20％重量)的先进镁合金，该系列镁合金是近期开发的高附加值材料，可用于生物医学材料，也可以用于制备含稀土的镁基合金的中间合金。但是开发稀土镁合金存在两个问题：(1)稀土价格高，用不起；(2)稀土不好加入，成份不均匀，收率低。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种成本低的高镨含量的镁镨合金。本发明的目的还在于提供一种能延长设备的使用寿命，节省能源，降低生产成本的高镨含量的镁镨合金的熔盐电解制备方法。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：

[0006] 本发明的高镨含量的镁镨合金含有质量分数为9.7～23.2％的镨和余量的镁。

[0007] 本发明的高镨含量的镁镨合金的熔盐电解制备方法为：在电解炉内，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3为电解质体系，各电解质的质量配比为44～45％、44～45％、8～9％、1～4％，然后加热至630℃熔融，以金属钨或钼为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，电解温度630℃下，电位值控制在-1.85V±0.5V，经180分钟的电解，在熔盐电解槽于工作电极附近沉积出含有质量分数为9.7～23.2％的镨和余量的镁的镁镨合金。

[0008] 所述的LiCl、KCl和MgCl2在300℃下干燥24小时。

[0009] 所述的PrCl3是由氧化镨和氯化铵按质量比4∶1混合后，在真空干燥箱中氯化制备得到的，氯化温度为350℃，氯化时间为90分钟。

[0010] 针对已有技术中存在的问题，本发明提出用熔盐共电沉积的方法在低于镁熔点的温度下恒电位电解制备高镨含量的镁镨合金，用以生产廉价、好用的镁镨合金。本发明不用任何金属作为原料，而是全部采用金属氯化物为原料，通过控制电解质配比可以得到不同组成的高镨含量的镁镨合金，合金中镨的质量分数为9.7～23.2％。整套工艺简单，对设备和实验条件要求低，能耗和污染小。

[0011] 本发明的特点在于：(1)既不用金属镁，也不用稀土金属镨，而是全部采用金属氯化物为原料，采用熔盐共沉积的方法恒电位电解直接制备镁镨合金，因此使生产流程大大缩短，工艺简单；(2)本发明的电解温度较低(630℃)，低于单独熔盐电解金属镁的温度(660-720℃)和金属镨的温度(950℃)。因此，可以延长设备的使用寿命，节省能源，降低生产成本。

附图说明

[0012] 图1：钼电极(S＝0.322cm2)上得到的LiCl∶KCl∶MgCl2∶PrCl3(48.5∶48.5∶0.5∶2.5wt.％)熔盐体系的循环伏安图，扫速：100mV/s，温度：903K；

[0013] 图2：实例2中制备的合金样品的XRD图谱；

[0014] 图3(a)-图3(d)：实施例4中制备的合金样品的外貌和SEM照片及EDS面扫描照片，其中图3(a)合金外貌照片；图3(b)合金SEM照片；图3(c)合金中镁分布的面扫描(Mg K)；图3(d)合金中镨分布的面扫描(Pr L)。

具体实施方式

[0015] 下面举例对本发明作更详细的描述：

[0016] 实施例1：在电解炉内，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3熔盐电解质体系，体系中各电解质的质量配比为LiCl∶KCl∶MgCl2∶PrCl3＝45∶45∶9∶1，工作电极采用耐腐蚀的惰性阴极，如钨和钼，辅助电极采用石墨，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，电位值控制在-1.85V附近，在630℃下进行离子共沉积，电解时间为3小时。在熔盐电解槽于工作电极附近沉积出镁镨合金，合金中镨的质量分数为9.7％。其中的氯化锂、氯化钾和氯化镁在300℃下干燥24小时，无水氯化镨是由氧化镨和氯化铵按质量比4∶1混合后，在真空干燥箱中氯化制备得到的，氯化温度为350℃，氯化时间为90分钟。

[0017] 实施例2：在电解炉内，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3熔盐电解质体系，体系中各电解质的质量配比为LiCl∶KCl∶MgCl2∶PrCl3＝45∶45∶8∶2，工作电极采用耐腐蚀的惰性阴极，如钨和钼，辅助电极采用石墨，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，电位值控制在-1.85V附近，在630℃下进行离子共沉积，电解时间为3小时。在熔盐电解槽于工作电极附近沉积出镁镨合金，合金中镨的质量分数为14.5％。

[0018] 实施例3：在电解炉内，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3熔盐电解质体系，体系中各电解质的质量配比为LiCl∶KCl∶MgCl2∶PrCl3＝45∶45∶9∶3，工作电极采用耐腐蚀的惰性阴极，如钨和钼，辅助电极采用石墨，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，电位值控制在-1.85V附近，在630℃下进行离子共沉积，电解时间为3小时。在熔盐电解槽于工作电极附近沉积出镁镨合金，合金中镨的质量分数为18.6％。

[0019] 实施例4：在电解炉内，以LiCl-KCl-MgCl2-PrCl3熔盐电解质体系，体系中各电解质的质量配比为LiCl∶KCl∶MgCl2∶PrCl3＝45∶45∶8∶4，工作电极采用耐腐蚀的惰性阴极，如钨和钼，辅助电极采用石墨，银/氯化银(1wt.％)为参比电极，电位值控制在-1.85V附近，在630℃下进行离子共沉积，电解时间为3小时。在熔盐电解槽于工作电极附近沉积出镁镨合金，合金中镨的质量分数为23.2％。

[0020] 在以上的实施例中可以看出：加大无水氯化镨在电解质体系中的质量比，其余条件不变，可以明显提高合金中的镨含量。

[0021] 附图1是在LiCl∶KCl∶MgCl2∶PrCl3(48.5∶48.5∶0.5∶2.5wt.％)熔盐体系中，以钨电极为工作电极，石墨为辅助电极，银/氯化银(1wt.％)为参比电极得到的循环伏安图。在-1.83V(vsAg/AgCl)左右，出现了镁-镨的合金峰。附图2是实例2中制备的合金样品的XRD图谱。附图3是实施例4中制备的合金样品从熔盐取出未经处理时的外貌和扫瞄电子显微镜(SEM)照片及面扫描照片。EDS面扫描照片中可以清楚的看到：稀土金属镨集中在镁镨金属间化合物相中，没有固溶在金属镁相中。