專利名稱：一種鋁镥鐿合金及其熔鹽電解制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及是一種稀土鋁合金。本發(fā)明也涉及一種稀土鋁合金的制備方法。具體 地說的是一種在氟氯化物熔鹽體系中制備鋁镥鐿三元合金的方法。
背景技術：
鋁及其合金具有比重小，比強度高、耐腐蝕、加工性能好，易于成型等特點。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，鋁及其合金巳成為不可缺少的重要材料，在高技術、國防、輕工、建筑、電力通訊、交通運輸?shù)确矫嬗兄鴱V泛的應用。隨著科學技術的發(fā)展，對鋁及其合金的性能提出了更高的要求。為了改善鋁及其合金的性能，一方面在熔煉及其加工工藝上進行改進，另一方面在鋁及其合金中添加其他元素。稀土是冶金工業(yè)中的有效添加劑，稀土元素作為微量元素加入鋁及其合金中，不僅有細化晶粒的變質(zhì)作用，還有改善合金的鑄造性能、力學性能、增強合金耐蝕性以及合金蠕變性能的作用，從而可顯著改善和提高鋁及其合金的綜合性能。與加入輕稀土相比，在合金中加入重稀土元素具有更加明顯的優(yōu)勢，這是由于1)重稀土在合金中的固溶度較大，且固溶度隨著溫度的降低急劇下降；2)重稀土具有很好的固溶強化和沉淀強化效果。Al-Lu (Yb)合金具有廣泛地應用。镥及其合金在磁性材料、超導材料和發(fā)光材料等地制備中應用廣泛。此外，金屬镥可做成镥鋁探針片，用于核反應堆的中子探針。同時，在鋁合金中添加稀土元素Yb，能夠形成含有Yb的球形彌散相有效地抑制再結晶，顯著提高合金的抗應力腐蝕性能。目前，國內(nèi)制備鋁稀土合金主要是采用對摻法(混熔發(fā))和熔鹽電解法。對摻法優(yōu)點是設備簡單，方便易行，可在鋁液中直接加稀土金屬制備合金鋁液。缺點是成分不易控制，使用時，實收效不穩(wěn)定，最終產(chǎn)品質(zhì)量不宜保證；生產(chǎn)流程長，工藝復雜，耗能高，合金成分易偏析，生產(chǎn)成本高。熔鹽電解法又可分為氯化物熔鹽電解和氟化物-氧化物熔鹽電解。兩種方法各有優(yōu)缺點。氯化物熔鹽電解法具有熔鹽腐蝕性較小，容易掌握，大型電解槽的結構材料容易解決，因此是現(xiàn)代稀土電解工業(yè)生產(chǎn)稀土金屬的基本方法。但氯化稀土的制備成本高、脫水困難且反應活性高，儲運困難。氟化物-氧化物電解法具有氧化物好儲運的優(yōu)點，但相對于氯化物熔鹽體系，氟化物-氧化物熔鹽的熔點較高，電解溫度高，熔鹽腐蝕性強。兩種電解工藝的最大特點在于可以處理高熔點的稀土金屬，并且只要不斷補充稀土氧化物，電解就可以連續(xù)進行。熔鹽電解法因為可連續(xù)作業(yè)、設備簡單、經(jīng)濟方便，不受還原劑限制，被廣泛用來制取大量混合稀土金屬和部分單一稀土金屬及稀土合金。已有技術中有關于采用熔鹽電解法直接生產(chǎn)鋁稀土合金的報道，例如中國專利申請?zhí)枮?00410002122. 0，名稱為“熔鹽電解法直接制備鋁鈰中間合金的方法”中公開了一種在招電解槽中添加純氧化鋪，電解溫度為940 965°C,通過熔鹽電解進行反應,使鋪在電解過程中直接溶入鋁液的生產(chǎn)鋁鈰中間合金的方法。此稀土合金含有10%以上的鈰。與熔鹽電解法直接制備鋁合金相近的，公開號為CN1410599專利文件中公開的“ー種電解生產(chǎn)鋁鈧合金的方法”的特點是利用純鋁、Sc2O3和熔鹽體系(NF4HF、NaF, KC1、NaCl、鈉冰晶石和鉀冰晶石)電解溫度為950 ±20°C，制備Al3Sc合金。中國專利申請?zhí)枮?3153786. 3的專利文件報道，在冰晶石體系中添加I 6%的氧化鋁、0. I 8%的氧化鈧、0. I 2%的氧化鋯，電解溫度900 990°C，通過電解共析可制得鋁鈧鋯中間合金，其中鈧含量為0. I 3%。再例如與熔鹽電解法直接制備鋁合金相近的名稱為“ー種稀土鋁合金及其制備方法和裝置”(公開號為CN101724769A)的專利文件中，以REF3、冰晶石nNaF *A1F3、氟化鋰LiF為電解質(zhì)體系，電解溫度為850 1100°C，通過電解可以得到鋁稀土合金，合金中含有鑭、鈰、鐠、釹、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、镥、鈧、釔中的至少ー種稀土金屬
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種采用金屬化合物為原料，讓鋁、镥、鐿的離子在陰極上共電沉積直接制備的鋁镥鐿合金。本發(fā)明的目的還在于提供ー種エ藝簡單、能耗低的鋁镥鐿合金的熔鹽電解制備方法。本發(fā)明的鋁镥鐿合金由重量比為鋁71. I 96. 6%、镥2. 3 18. 8%、鐿0.9 10. 4%組成。本發(fā)明的鋁镥鐿合金的熔鹽電解制備方法為在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3 NaCl KCl KF = 6. 7 12. 6% 36. 5 38. 9% 46. 9 50. I % 3. 8 4. I %，將Lu2O3和Yb2O3粉末添加到電解質(zhì)體系中，Lu2O3和Yb2O3的加入量均為AlF3重量的5. 3 10. 2%，加熱至750 850°C熔融，以金屬鑰為陰極，石墨為陽極，電解溫度750 850°C，陰極電流密度為2. 8 7. 8A/cm2,陽極電流密度為
0.5A/cm2，槽電壓4. I 5. 3V，經(jīng)2 4小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出得到鋁、镥、鐿的含量分別為71. I 96. 6%、2. 3 18. 8%、0. 9 10. 4%的鋁镥鐿合金；電流效率30. I 75. 6%。電解質(zhì)體系中的NaCl、KCl分別在300°C、600°C干燥24小時。本發(fā)明提供了一種エ藝簡單，生產(chǎn)成本低的鋁镥鐿三元合金的制備方法。其特點在于(1)既不用金屬鋁，也不用稀土金屬，而是采用鋁的氟化鹽，稀土的氧化物為原料，采用熔鹽電解直接制備鋁镥鐿合金，實現(xiàn)镥、鐿在熔鹽中的電解析出，生產(chǎn)流程大大縮短，エ藝簡單。⑵本發(fā)明的電解溫度低(750 850°C)，遠遠低于Lu2O3的熔點(2490°C )和Yb2O3的熔點(2372°C )，因此，可以延長設備的使用壽命，節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明采用AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)的氟氯化體系，兼容了熔鹽電解中的氯化物熔鹽電解法和氟化物-氧化物熔鹽電解法的優(yōu)點，此外，熔鹽體系中少量的KF可避免陰極鈍化。


圖I為實施例I所得合金的XRD圖譜。圖2為實施例3所得合金的XRD圖譜。
具體實施方式
熔鹽電解制備鋁镥鐿合金的方法具體工藝流程如下(I) NaCl、KCl分別在300 °C >600 °C干燥24小時，脫水完畢后以質(zhì)量比為NaCl KCl = 35 45的比例將NaCl和KCl混合均勻，將KF、AlF3' Lu2O3和Yb2O3粉末直接加入到熔鹽體系中，混合均勻，其中KF為3. 5 4g，AlF3為6 12g，Lu2O3和Yb2O3加入量均為AlF3質(zhì)量的5. 3 10. 2%。(2)根據(jù)需要確定電解溫度、電解時間和電流密度進行電解。電解過程中可以通氬氣進行保護。下面舉例對本發(fā)明做更詳細地描述實施例I :在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，將Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔鹽體系中，加熱至780°C熔融，體系中各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3 NaCl KCl KF = 10. 6% 37. 2% 47. 9% 4. 3%，Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均為AlF3重量的8. 8% ;以金屬鑰(Mo)為陰極，石墨為陽極，電解溫度780°C，陰極電流密度為6. 4A/cm2,陽極電流密度為O. 5A/cm2，槽電壓4. 1-4. 3V，經(jīng)3. 2小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出Al-Lu-Yb三元合金，鋁、镥、鐿的含量分別為76. 4%、13. 2%、10. 4%，電流效率為52.9%。實施例2 :在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，將Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔鹽體系中，加熱至850°C熔融，體系中各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3 NaCl KCl KF = 12. 5% 36. 5% 46. 9% 4. I %，Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均為AlF3重量的5. 3% ;以金屬鑰(Mo)為陰極，石墨為陽極，電解溫度850°C，陰極電流密度為2. 8A/cm2,陽極電流密度為O. 5A/cm2，槽電壓5. 0-5. 3V，經(jīng)2小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出Al-Lu-Yb三元合金，鋁、镥、鐿的含量分別為96. 6%、2. 5%,0.9%,電流效率為70. 3%。實施例3 :在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，將Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔鹽體系中，加熱至750 °C熔融，體系中各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3 NaCl KCl KF = 9. I % 37. 9% 48. 7% 4. 3%, Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均為AlF3重量的8. 5% ;以金屬鑰(Mo)為陰極，石墨為陽極，電解溫度750°C，陰極電流密度為7. 8A/cm2,陽極電流密度為O. 5A/cm2，槽電壓4. 8-5. 2V，經(jīng)3. 5小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出Al-Lu-Yb三元合金，鋁、镥、鐿的含量分別為91. 9%、4. 4%、3. 7%，電流效率為30.8%。實施例4 :在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，將Y2O3和Yb2O3粉末添加到熔鹽體系中，加熱至800°C熔融，體系中各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3 NaCl KCl KF = 12. 6% 36. 6% 47. 1% 3. 8%，Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均為AlF3重量的7. 6% ;以金屬鑰(Mo)為陰極，石墨為陽極，電解溫度800°C，陰極電流密度為4. 7A/cm2,陽極電流密度為O. 5A/cm2，槽電壓4. 1-4. 3V，經(jīng)4小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出Al-Lu-Yb三元合金，鋁、镥、鐿的含量分別為87. 5%、6. 7%,5.8%,電流效率為60. 4%。實施例5 :在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，將Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔鹽體系中，加熱至820°C熔融，體系中各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3 NaCl KCl KF = 6. 7% 38. 9% 50. 1% 4. 3%, Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均、為AlF3重量的10. 2% ;以金屬鑰(Mo)為陰極，石墨為陽極，電解溫度820°C，陰極電流密度為4. lk/cm2,陽極電流密度為0. 5A/cm2，槽電壓4. 7-5. 0V，經(jīng)2小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出Al-Lu-Yb三元合金，鋁、镥、鐿的含量分別為93. 7%、4. 0%、2. 3%,電流效率為30. 1% o
實施例6 :在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，將Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔鹽體系中，加熱至800°C熔融，體系中各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3 NaCl KCl KF = 11. 6% 37. 0% 41. 6% 3. 8%，Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均為AlF3重量的6. 9% ;以金屬鑰(Mo)為陰極，石墨為陽極，電解溫度800°C，陰極電流密度為4. lk/cm2,陽極電流密度為0. 5A/cm2，槽電壓4. 1-4. 2V，經(jīng)2. 5小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出AトLu-Yb三元合金，鋁、镥、鐿的含量分別為711 %、18. 8 %、10. I %，電流效率為75.6%。
權利要求
1.一種鋁镥鐿合金，其特征是由重量比為鋁71. I 96. 6%、镥2. 3 18. 8%、鐿0. 9 10. 4%組成。
2.一種鋁镥鐿合金的熔鹽電解制備方法，其特征是在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3 NaCl KCl KF = 6. 7 12. 6% 36. 5 38. 9% 46. 9 50. I % 3. 8 4. I %，將Lu2O3和Yb2O3粉末添加到電解質(zhì)體系中，Lu2O3和Yb2O3的加入量均為AlF3重量的5. 3 10. 2%，加熱至750 850°C熔融，以金屬鑰為陰極，石墨為陽極，電解溫度750 850°C，陰極電流密度為2. 8 7. 8A/cm2,陽極電流密度為0.5A/cm2，槽電壓4. I 5. 3V，經(jīng)2 4小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出得到鋁、镥、鐿的含量分別為71. I 96. 6%,2. 3 18. 8%,0. 9 10. 4%的鋁镥鐿合金。
3.根據(jù)權利要求2所述的鋁镥鐿合金的熔鹽電解制備方法，其特征是電解質(zhì)體系中的NaCl、KCl分別在300。。、600。。干燥24小時。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種鋁镥鐿合金及其熔鹽電解制備方法。在電解爐內(nèi)，以AlF3+NaCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為AlF3∶NaCl∶KCl∶KF＝6.7～12.6％∶36.5～38.9％∶46.9～50.1％∶3.8～4.1％，將Lu2O3和Yb2O3粉末添加到電解質(zhì)體系中，Lu2O3和Yb2O3的加入量均為AlF3重量的5.3～10.2％，加熱至750～850℃熔融，以金屬鉬為陰極，石墨為陽極，電解溫度750～850℃，陰極電流密度為2.8～7.8A/cm2，陽極電流密度為0.5A/cm2，槽電壓4.1～5.3V，經(jīng)2～4小時的電解，在熔鹽電解槽陰極附近沉積出得到鋁、镥、鐿的含量分別為71.1～96.6％、2.3～18.8％、0.9～10.4％的鋁镥鐿合金。本發(fā)明可以延長設備的使用壽命，節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C25C3/36GK102628131SQ20121012279
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權日2012年4月24日
發(fā)明者于曉峰, 孫怡, 孫運霞, 張密林, 韓偉 申請人:哈爾濱工程大學