[发明专利]稀土锆合金与稀土镁锆合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金材料及其制备方法，具体地，涉及稀土锆合金与稀土镁锆合金及其制备方法。

背景技术

锆合金在高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性，对多种酸、碱和盐有优良的抗蚀性，此外，它还具有良好的焊接性能和塑性，因此，锆合金被广泛地应用于航天、航空、原子能、电子、冶金、化工、能源、轻工、机械和医疗等行业。

镁合金作为当前热度及应用潜力巨大的轻合金材料，在具备密度低、优异的减震性、绿色可回收利用等特性的同时也存在耐热性差、抗蠕变性能差等缺陷。因此利用稀土元素对镁合金进行性能强化，同时结合锆元素的细化晶粒能力，可以对镁合金的缺陷进行完善。锆能够显著改善镁合金的各种性能。锆是镁合金中最有效的晶粒细化剂，在镁合金中加入锆元素能够细化晶粒，减小热裂倾向，提高镁合金的强度、塑性和抗蠕变性，并且还能改善镁合金的耐腐蚀性。

在传统工艺中，稀土镁合金中锆元素含量极难高于0.8wt.％，锆元素的加入较为困难，稀土锆合金、稀土镁锆合金等的熔炼难度较大、熔炼条件苛刻，整个过程冗长，并且成本偏高但生产效率低下，这些都成为影响合金相关产业发展的瓶颈。因此，研发一种高效率、低成本的稀土(镁)锆合金制备工艺对(镁)锆合金的发展具有极为重要的意义。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种锆含量较高的稀土锆合金和稀土镁锆合金，及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种稀土锆合金，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分组成：3-15wt.％锆，余量为稀土元素和不可避免的杂质。

其中，所述稀土元素是钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥中的一种或多种，优选地，所述稀土元素是钇、镧、铈、镨、钕、钐、钆、镝中的一种或多种。

另一方面，本发明提供了一种稀土镁锆合金，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分组成：3-15wt.％锆，0.01-50wt.％镁，余量为稀土元素和不可避免的杂质。

其中，所述稀土元素是钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥中的一种或多种，优选地，所述稀土元素是钇、镧、铈、镨、钕、钐、钆、镝中的一种或多种。

又一方面，本发明提供了所述稀土锆合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)以稀土氧化物和氧化锆为原料，对应的电解质为稀土氟化物和氟化锂的二元或多元体系，所述原料与电解质各自烘干、真空脱水后进行混合，配制成氧化物与氟化物质量比为5-90的电解原料，优选地，将氧化物与氟化物配成质量比为10-15的电解原料；

(2)将步骤(1)配制成的反应物料加入熔盐电解槽内进行电解还原反应，电解槽电压为6-48V，优选为6-8V，反应温度为900-1100℃；

(3)在熔盐电解槽中，稀土阳离子和锆离子同时发生放电、合金化，反应生成的金属聚集于电解槽接收器内，取出浇铸即可获得所述稀土锆合金。

又一方面，本发明提供了所述稀土镁锆合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)以稀土氧化物、氧化镁、氧化锆为原料，对应的电解质为稀土氟化物和氟化锂的二元或多元体系，所述原料与电解质各自烘干、真空脱水后进行混合，配制成氧化物与氟化物质量比为5-90的电解原料，优选地，将氧化物与氟化物配成质量比为10-15的电解原料；

(2)将步骤(1)配制成的反应物料加入熔盐电解槽内进行电解还原反应，电解槽电压为6-48V，优选为6-8V，反应温度为900-1100℃；

(3)在熔盐电解槽中，稀土阳离子、镁离子、锆离子同时发生放电、合金化，反应生成的金属聚集于电解槽接收器内，取出浇铸即可获得所述稀土镁锆合金。

本发明的稀土锆合金和稀土镁锆合金的品质高，锆含量较高，达到3％-15％，元素分布均匀，能够满足目前市场的需要。此外，采用本发明的稀土镁锆中间合金可制备出耐腐蚀性强、强度高、塑性和抗蠕变性优异的稀土镁锆应用合金。本发明的制备方法的工艺流程短，减少了生产流程中存在的问题，并极大地降低了生产成本。

具体实施方式

本发明的稀土锆合金的制备方法与稀土镁锆合金的制备方法的区别仅在于原料的组成不同。

本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。

(1)电解原料的制备：以稀土氧化物和氧化锆为原料，加入电解质，所述原料与电解质各自烘干、真空脱水后进行混合，配制成氧化物与氟化物质量比为5-90的电解原料。