[发明专利]一种熔盐电解直接制备Mg-Zn-Zr合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电冶金的方法。具体说是一种熔盐电解直接制备Mg-Zn-Zr合金的方法。

背景技术

镁合金被称为“绿色合金”，具有密度小、比强度与比刚度高、导热性好、机械性能及化学性质优良、可回收利用等优点，使其在航天、汽车、笔记本电脑、军事等领域有了很大的应用，并且其用量有大幅度增加的趋势。镁合金按是否含锆，可分为含锆镁合金和不含锆镁合金。

Mg-Zn二元合金的晶粒尺寸粗大，容易形成微孔，力学性能低，在工业上很少应用。Zr是Mg-Zn合金中最有效的晶粒细化元素，并能减缓合金元素的扩散速度，阻止晶粒长大，Mg-Zn-Zr系合金是应用较多的锻造和变形镁合金。在Mg-Zn合金中添加0.6％～0.8％的Zr，其晶粒尺寸可降至0.65～6.50μm，具有最大的细化晶粒和提高力学性能的作用。故含锆镁合金得到了日益广泛的应用。

目前Mg-Zn-Zr合金的生产方法多采用对掺法，是采用高纯锌、镁和镁锆中间合金在熔融状态下按一定比例对掺而成。这种方法生产流程长，工艺复杂，耗能高，合金成分易偏析，生产成本高。目前要获得质量良好的的Mg-Zn-Zr合金主要是通过真空熔炼方法制备，而此方法将加大Mg-Zn-Zr合金的熔炼成本，也对其设备提出了较高的要求。

已有技术中提出的对掺法制备合金，例如专利申请号为200710046148.9的专利“Mg-Zn-Zr变形镁合金制备方法”中，公开了一种以工业纯镁在气体的保护下加热，待镁完全熔化后，加入工业纯Zn、Mg-Zr中间合金，待合金完全熔化后进行搅拌，使合金成分均匀，保温后加精炼剂进行精炼，精炼完毕再次保温，然后进行浇铸，将浇铸好的铸锭进行均匀化处理，在挤压机上进行塑性变形，挤压后将挤压锭放在热处理炉中进行退火热处理；专利申请号为200810236147.5，名称为“一种Mg-Zn-Zr-Nd镁合金及其制备方法”中公开了一种通过调整Zn、Zr含量和加入微量稀土元素Nd，采用电阻炉或反射炉进行熔炼，直接制备出具有高强度和耐腐蚀能力的铸锭。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、能降低能耗、制备的Mg-Zn-Zr合金成分均匀的熔盐电解直接制备Mg-Zn-Zr合金的方法。

本发明的目的是这样实现的：

将KCl、K₂ZrF₆在600℃的温度下进行干燥72小时，无水MgCl₂、无水ZnCl₂、KF在130℃温度下进行真空干燥24小时；将无水MgCl₂、KCl、KF、K₂ZrF₆、ZrO₂和无水ZnCl₂按质量百分比为30％-45％、45％-55％、5-8％、5.3-15％、2-4％、1-2％，研细混合均匀后，在电解槽中加热溶化；以惰性金属钼(Mo)为阴极，石墨为阳极，电解温度510-630℃下，采取下沉阴极法，极距为4cm，阴极电流密度为3-12A/cm²，槽电压5.7-8.2V，经2-4小时的电解，在熔盐电解槽于阴极附近沉积出Mg-Zn-Zr合金。

本发明的理论依据为通过控制Mg²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺的浓度和阴极电流密度，即可制备不同组分的镁锌锆合金。并且采用低共晶MgCl₂-KCl熔盐为电解质，可在较低的温度下电解。

本发明技术方案的突出的实质性特点和显著性进步主要体现于：本发明采用金属化合物为原料直接制备Mg-Zn-Zr合金，合金成分均匀；显著降低了热能耗，电解温度510-630℃，低于镁的熔点(650℃)，远远低于锆的熔点(1852℃)；缩短了生产流程，降低了熔炼成本，经济效益十分显著。

附图说明

图1a和图1b分别是实施例7和6制备的合金样品的X射线衍射分析(XRD)，XRD分析表明，合金由Mg相、Mg₇Zn₃相、Zr相组成。

图2a-图2d是实施例6制备的合金样品的电子扫描显微镜(SEM)(点扫描)及附带能谱仪(EDS)(对应点)分析。由EDS分析表明镁锌的化合物和单质锆都分布在晶界处。

图3a-图3d是实施例5制备的合金样品的电子扫描显微镜(SEM)(点扫描)及附带能谱仪(EDS)(对应点)分析。