[发明专利]一种镁－硅中间体的合成方法及利用该中间体制备高镁铝合金

说明书

技术领域：

本发明涉及镁-硅中间体的合成方法及利用该中间体制备高镁铝合金的方法，特别是涉及一种以天然珍珠岩矿石为硅源合成镁-硅中间体的方法、并使用该中间体、采用原位合成的手段制备高镁铝合金的方法。

背景技术：

许多牌号的铝合金中需要同时加入镁和硅元素以便生成合金强化相，诸如美国牌号的5182、5083、5454、5052等牌号的铝合金，这类Al-Mg-Si系的合金在国防和民用上有广泛应用。用于坦克轻装甲、舰船装甲等铝合金装甲材料，许多都是5083或5182等高镁铝合金的配方基础上改进而成、或直接使用原配方。民用“易拉罐”等包装材料也在一直使用这类高镁铝合金。生产这类合金过程中，在铝基体中加入镁和硅元素的方式有两种。一种是加入Al-Si中间合金和纯金属Mg；而另一种方式是加入Mg-Si中间合金和纯金属Mg。由于Mg-Si中间合金比Al-Si中间合金的价格更加昂贵，并且还需要同时加入纯金属Mg以调整铝合金中的Mg/Si的比例，因而，目前普遍使用的是前一种方式。而前一种方式，即：使用加入Al-Si中间合金和纯金属Mg方式也一直存在尚未解决的问题，表现比较突出的两个问题是：①Al-Si中间合金的工业制备方法目前主要有两种，即熔配法和电热还原法，两种方法由于生产流程长、能耗高、精炼设备复杂和投资大等原因导致Al-Si中间合金的生产成本居高不下。②在Al-Mg-Si系铝合金生产中，虽然加入的为Al-Si中间合金和纯金属Mg，但铝合金体系中Mg和Si元素相遇优先生成Mg₂Si金属间化合物强化相；而不是Al和Si的金属间化合物，只有Mg₂Si生成后剩余的Mg或Si才能与Al生成Al-Si或Al-Mg金属间化合物。Mg₂Si金属间化合物强化相既是天然优先生成的化合物，也是人们希望得到的理想强化相；但问题出现在当Al-Si中间合金和纯金属Mg加入到大量的铝基体中时，大量的基体铝液体同时稀释了Al-Si中间合金和纯金属Mg的浓度，使得Mg和Si碰撞几率减小由此减小了期望得到的Mg₂Si生成几率。显然，解决上述诸多问题的方法之一是寻找Al-Si中间合金或Mg-Si中间合金新的合成方法以降低其生产成本，或寻找到新的廉价Si源为需要添加Si的铝合金提供其所需要的Si。

邱竹贤等提倡开发新的电解法生产Al-Si中间合金，以降低Al-Si中间合金的生产成本、满足铝合金行业生产中对于使用量大面广的Al-Si中间合金的市场需求；并且在近期开展了扎实的基础和应用基础研究工作(于旭光，邱竹贤，东北大学学报，2004，Vol.25，No.5，P442-444)。但，尚未实现产业化。

中国专利CN02818531.5号、CN03803825.0号、CN200380108504.5号、日本专利特愿2001-292117号、特愿2001-292118号、美国专利US 2005089435号、US 2005016638号和世界知识产权中心专利WO 2006006379号，分别公开了日本株式会社东京大学所申请的题为“镁基复合材料”、“镁基复合材料前体及其制造方法”、“镁基复合材料及其制造方法”等标题的专利。这些类似的专利揭示：以单质Si粉末或SiO₂粉末与金属Mg粉为原料，利用Si与Mg之间反应或Mg还原出SiO₂中的Si再与Mg发生合成反应，生成含有Mg₂Si金属间化合物等强化相的镁基复合材料。该发明的优点之一为利用了廉价的SiO₂提供了Si的来源。但相对缺点在于：该合成产物只能作为镁基复合材料使用，还不能作为镁-硅中间体材料使用。原因在于Mg还原出SiO₂过程中生成的MgO和原料镁粉中带入的MgO等氧化物一同存在与产物中，这种大量渣与金属共存物若要作为镁-硅中间体材料使用，必须经过精炼使金属与渣分离；而其中的还原渣MgO等的数量是如此的大，即使经过精炼，从精炼产率和精炼成本看都是得不偿失，所以，该产物作为镁基复合材料使用应该是最佳选择。

中国专利200510119108.3号公开了题为“镁合金-珍珠岩泡沫复合材料的制备方法”的专利。该专利的优点在于：发现膨胀珍珠岩与镁之间的合成反应，并用隔离剂制止了该反应；同时制备出多孔复合材料。但该发明相对缺点之一为：没有能够因势利导，采用逆向思维利用该反应中的天然珍珠岩矿石为硅源合成镁-硅中间体。