[发明专利]一种实现稀土熔盐电极钨、钼阴极延寿的熔盐非电解渗局部处理方法

说明书

本发明一种实现稀土熔盐电极钨、钼阴极延寿的熔盐非电解渗局部处理方法，通过钛制防渗夹具保护非渗区域，而后在中性熔盐中对稀土金属电解用的钨、钼阴极材料进行高温扩散渗原位反应制备一层金属硅化物渗层，利用该渗层具有抗熔盐热腐蚀和抵御高温氧化的特性，实现有效抑制钨、钼阴极处于熔盐液面上部快速热腐蚀损伤，延长阴极使用寿命，这一熔盐渗硅防护技术具有操作简便、过程可控、成本低廉的优势。

技术领域

本发明属于稀土金属生产中钨、钼阴极材料制备技术领域，特别涉及一种实现稀土熔盐电极钨、钼阴极延寿的熔盐非电解渗局部处理方法，对钨、钼阴极进行熔盐渗硅制备来提高热腐蚀抗力。

背景技术

熔盐电解法是目前制取大量混合稀土金属、单一轻稀土金属(钐除外)和稀土合金最广泛的方法。这一方法是把稀土氧化物、稀土氯化物、稀土氟化物等稀土化合物加热熔融后作为电解原料，以钨棒或者钼棒等作为阴极，石墨为阳极，通以直流电进行电解，在阴极上析出稀土金属的过程。其中的电极材料是电化学反应的核心，也是关系生产成本、产品质量、生产管理的重要因素。金属钼、钨在1400℃以下对稀土金属及其卤化物较为稳定，尤其钨具有熔点高、导电导热性好、溅射腐蚀速率低、热膨胀系数小、蒸气压低以及高温下优良的高温强度等优点，故成为首选的稀土金属熔盐电解阴极材料。

尽管电极钨金属具有较高的熔点(3407±20℃)和热稳定性，但在电解生产过程中仍然会逐渐被蒸出附着的熔盐慢速侵蚀消耗。

现有技术之一，薛娟琴,郭忠源,唐长斌,等.熔盐液面上钨阴极快速腐蚀研究[J].热加工工艺,2015,044(002):88-92，在某稀土公司生产中曾发现钨阴极在距电解液液面上70～80mm位置临近顶部通电接头处存在高温氧化和沉积盐共同作用而引发的过快热腐蚀损伤的问题。为此，一些企业在实际生产中往往采用将阴极钨棒使用一段时间后倒置再使用的办法来延长其使用寿命。

现有技术之二，CN2011200849157，公开了一种熔盐电解用钨阴极，提出针对钨棒在靠近熔盐液面的部位在800℃高温下受到炉口气流的作用而发生强烈氧化的问题，采取水冷防护的办法。

但实际应用中，水冷和缠铁丝等防护方法比较难以便利实施，即使采用颠倒使用，因钨阴极局部快速尺寸减小，其总使用寿命仍然不会超过1年，造成惰性阴极材料快速消耗，导致成本增加。

发明内容

为了解决上述现有技术中钨、钼阴极在熔盐电解制备稀土金属过程存在的问题，本发明的目的在于提供一种实现稀土熔盐电极钨、钼阴极延寿的熔盐非电解渗局部处理方法，基于中性熔盐非电解浸渗技术在钨、钼表面通过扩散渗原位反应来制备金属硅化物防护层，利用硅化物优异的抗氧化性实现抗热腐蚀。该方法具有工艺简单、容易操作、合成温度低、保温时间短等优点，渗层与基体金属之间属冶金结合，因而结合非常牢固，不易脱落。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种实现稀土熔盐电极钨、钼阴极延寿的熔盐非电解渗局部处理方法，对钨、钼阴极进行熔盐渗硅制备来提高热腐蚀抗力，包括以下步骤：

步骤(1)，利用钛制防渗夹具保护非渗区域。

具体地，利用金属钛与熔盐不发生渗硅反应，而钛材易于加工的特点，依据钨阴极或钼阴极尺寸设计和加工出纯钛防护夹具对非渗区域实施保护，以保证非渗区域即保护区不被高温熔盐接触，杜绝发生渗硅过程。

步骤(2)，对钨阴极或钼阴极欲渗部位表面预处理。

具体地，预处理是进行机械整平、除油，保证表面无油污、无污染物附着且无明显氧化层存在。其中，表面机械整平可选手工、机械等方式打磨。除油可选择丙酮超声清洗15min，无水乙醇脱水后60℃下烘干，干燥时间为6h。

步骤(3)，将预处理好的钨阴极或钼阴极浸没于混合熔盐进行无电解中性熔盐渗硅，原位反应在钨阴极或钼阴极上制备出一层金属硅化物渗层，所述混合熔盐由中性盐、渗硅剂和Si粉组成。