[发明专利]铝钪合金的制备方法

说明书

本申请涉及一种铝钪合金的制备方法，包括以下步骤：在保护性气体氛围中，将金属钪采用真空悬浮熔炼熔化后保温，加入金属铝熔化后保温，冷却，得到铝钪合金。上述铝钪合金的制备方法，以金属钪和金属铝为原料，采用真空悬浮熔炼技术，制备过程无坩埚材料污染，不会引入杂质，成本较低且环保，将金属钪熔化后保温，使沸点较低的杂质充分挥发，制备的铝钪合金杂质含量极低；再缓慢加入金属铝熔化后保温，使得铝元素和钪元素在结晶时分布均匀，降低偏析程度。

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，特别是涉及一种铝钪合金的制备方法。

背景技术

金属钪在铝合金中具有细化晶粒、抑制合金再结晶、改善抗蚀性等作用，可显著提高合金的强度、塑性、高温性能、抗蚀性能及焊接性能等。因此，铝钪合金被认为是新一代航天航空、船舰、兵器用高性能铝合金结构材料。此外，有研究发现铝钪合金靶材沉积而成的铝钪薄膜不仅能保持与高纯铝相当的电导率，而且能提高耐腐蚀性，特别是可以显著抑制电迁移和应力迁移。因此，铝钪合金钯也被认为是新一代大规模集成电路用配线材料。综上所述，铝钪合金以其优异的性能，在航空航天、电子信息技术等高科技领域具有广阔的应用前景。随着科技的快速发展，国家对关键材料的研究愈发重视，高性能高质量铝钪合金的需求也越来越大。

传统的铝钪合金的制备方法主要有对掺法、熔盐电解法、铝热还原法和粉末冶金法。

其中，对掺法是将一定比例的金属钪用铝箔包好后，在氩气保护下掺入熔化的铝液中，保温足够时间，充分搅拌后注入铁模或水冷铜模中，制得铝钪中间合金。然而该方法形成的铝钪化合物晶粒粗大，成分偏析非常严重。

熔岩电解法主要是在Na₃AlF₆-KCl-NaCl-ScF₃或ScCl₃-KCl-NaCl或Na₃AlF₆-LiF-Sc₂O₃等体系中通氩气保护，温度850℃～1100℃，石墨阴极进行熔盐电解制备铝钪合金。有现有技术公开了一种铝钪中间合金的熔盐电解法，在点式下料的预焙阳极熔盐电解槽内，以氟化物熔盐M₃AlF₆-AlF₃为基本电解质体系，氧化铝和含钪化合物为原料，采用独立下料方式，在同一电解槽内的不同阴极区域电解析出金属铝和金属钪，并使其合金化，从而获得钪含量为1.5％～3.0％，铝和钪的总含量大于99％的铝钪中间合金。然而该方法工艺要求较高，电流效率低(65％～80％)，氟盐的腐蚀性严重，电解槽及电极材料容易腐蚀失效，能耗大、成本高，且不环保。

铝热还原法制备铝钪合金主要有氟化钪真空铝热还原法和氟化钪直接铝热还原法。有现有技术公开了一种氟化钪铝热还原制备铝钪合金的方法，该方法将原料氟化钪和铝装入石墨坩埚中，然后置于真空反应器中，抽真空低温除气并将真空抽到-0.1MPa，升温融化铝并将温度升到1100℃～1350℃，不断搅拌，控温直至熔体表面清亮后，降温浇铸，得到铝钪合金。然而该方法得到的铝钪合金钪含量越高，成分偏析就越严重，而且还会引入氟元素。另有现有技术公开了一种铝热还原制备铝钪合金的方法，该方法以粉状氧化钪为原料，以NH₄HF₂、NaF和碱金属的氯化物为氟化剂、助熔剂和熔剂，以铝为还原剂，在氧化铝或石墨坩埚内，升温至850℃～1100℃，保温一段时间浇铸成合金锭。该合金锭中钪的质量含量为1％～3％，钪和铝的质量含量总和＞99％，钪的收率大于80％。因此，该方法只能制备含钪量低的铝钪合金，且制备过程中存在杂质引入，局限性大。