[发明专利]利用水合氯化镁为原料电解制备镁合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于合金制备领域，具体地，涉及一种镁合金的制备方法，特别是涉及一种利用水合氯化镁为原料电解制备镁合金的方法。

背景技术

镁合金因其密度小、比强度和比刚度高、减震性好、易回收等优良的性能，使其在汽车制造业、航空航天等工业中有着广泛的应用，将成为21世纪“时代金属”。

目前，镁合金制备方法有以下几种：

(1)对掺法。它是将金属镁和各种金属元素经过预处理后加入熔炼炉中，在熔剂等保护下进行熔炼使其合金化，进而制得镁合金。该方法工艺简单，是目前工业上常用的方法，但是，由于金属镁的熔点较低(649℃)、密度小(1.6g/cm³)，如果合金用金属的熔点高、密度大且在合金液中溶解度小，采用这种方法制备的镁合金偏析严重，合金化效果差；再者，对于化学活性强的合金用金属，采用这种方法制备镁合金时合金用金属烧损严重。参考文献1(艾延龄，“含Ca、Si镁合金的显微组织及晶体学分析”[博士学位论文]，广州：华南理工大学，2004：20-41)以金属镁和金属钙为原料，首先将镁锭在合金熔炼炉中在气体保护的条件下进行熔化，将温度升至650℃时加入金属钙充分搅拌，然后将温度升至720℃静置制得镁合金，其中合金在加热熔融后通过搅拌或热扩散达到混合均匀比较困难，合金存在偏析现象。参考文献2(CN102220505)在对掺法的基础上，在加热的过程中进行超声处理，减小了镁镧合金的成分偏析和氧化物夹杂。

(2)阴极合金化法。它是以金属镁或镁合金作为阴极，在熔盐电解质中，在直流电场作用下，金属离子向阴极迁移、扩散，并在阴极上进行电化学还原，阴极上析出的金属与阴极进行合金化，制得所要求的镁合金。例如，参考文献3(任纯绪，张康宁，“镁阴极电解-真空蒸馏法制备金属钕”，中国稀土学报，1986，4(4)：73-76)以液态金属镁作为阴极，以NdCl₃-KCl-NaCl为电解质(其中NdCl₃的含量为20％)，阴极电流密度为1.5A/cm²，在820℃±20℃下进行电解，得到的镁钕合金中钕含量可达30％左右，电流效率为65％-70％。参考文献4(李平，孙金冶等，“下沉阴极熔盐电解法制取富钇稀土-镁合金”，中国稀土学报，1987，5(2)：55-59)用含富钇稀土为10wt％的镁合金作阴极，RE(Y)Cl₃-NaCl-KCl为电解质(稀土含量为15-20％)，阴极电流密度为1-1.5A/cm²的条件下，在750℃通过电解得到20-30％的富钇稀土镁合金。参考文献5(CN1908238A)采用这种方法，以无水氯化锂和氯化钾为原料制备电解质熔盐，以镁棒为阴极，在450～480℃进行电解，金属锂沉积在阴极镁表面并向内部扩散得到镁锂合金。该方法的优点是合金成分偏析小、合金烧损小；不足之处是阴极需要及时更换，不易进行连续化生产，难以工业化；另外，金属镁或镁合金阴极单独制备，这样增加工艺流程，增加了成本。

(3)熔盐电解共沉积法。它是通过电解含无水氯化镁和合金用金属离子的电解质熔盐，共同沉积实现合金化，进而制得镁合金。该方法的优点为(a)合金成分偏析小、合金烧损小；(b)适合用于金属镁与合金用金属熔点差别大、密度差别大的镁合金制备；(c)连续化生产。该方法的关键环节是含无水氯化镁和合金用金属离子的优质电解质熔盐的制备，目前采用无水氯化镁及一些无水金属无机盐制备电解质熔盐，但无水氯化镁及一些无水金属无机盐制备工艺复杂，生产成本高，使得该方法制备镁合金的商业化困难。