[发明专利]一种双膜三室电解槽制备Mg-Al合金的方法和装置

说明书

本发明提出一种双膜三室电解槽制备Mg‑Al合金的方法和装置，所述方法包括在由阳离子交换膜和阴离子交换膜为隔膜的双膜三室电解槽中，双膜三室电解槽被依次分隔为第一阳极室、阴极室和第二阳极室，以镁作为第一阳极室的阳极，以铝作为第二阳极室的阳极，以石墨作为阴极室的阴极，进行恒流电解，使第一阳极室产生的镁离子和第二阳极室产生的铝离子分别通过阳离子交换膜和阴离子交换膜迁移到阴极室中，在阴极室的阴极上沉积形成Mg‑Al合金。本发明采用双膜三室电解槽，以镁、铝作为阳极，石墨作为阴极，通过离子交换膜在阴极上实现了共沉积，形成具有良好性能和使用价值的Mg‑Al合金镀层，与现有技术相比，无污染，能耗低，电流效率较高，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种双膜三室电解槽制备Mg-Al合金的方法和装置。

背景技术

镁铝合金(Mg-Al合金)具有优异的耐蚀性、装饰性、抗氧化性和良好的力学性能，是一种理想的构件防护层。由于其轻质，在航空业有良好的发展前景，同时由于其耐蚀性非常好，在海洋运输业以及海底工业上也都起着非常重要的作用。因此，开发Mg-Al合金的制备技术具有重要的理论意义和实际应用价值。

为使Mg-Al合金得到良好的应用，需要制备超细结构的纯净合金。电沉积是制备高纯超细结构合金的有效方法之一，该方法成本低、工艺控制简单，生产的颗粒大小均匀。但是由于在室温下铝和镁的标准电极电位比氢的电位还负，在水溶液中进行电沉积，会有氢气析出，严重干扰Mg-Al合金的沉积，因此Mg-Al合金的电沉积只能在非水电解质体系中进行。在电沉积铝合金的熔盐体系和有机溶剂体系中，有机溶剂体系是使用最早、应用最广泛的。对于Mg-Al合金的电沉积一般采用以氯化铝-氯化镁为主盐的有机溶剂体系，该体系室温下实现Mg-Al合金的制备，虽然有利于节能降耗，但是无水氯化镁和氯化铝需要实验室制备或较高价购买，前者工艺复杂，后者成本较高，且由于氯化镁、氯化铝的存在，该体系黏度大，在室温下电解质导电性较差，电化学窗口窄，从而影响了其进一步大规模的应用和发展。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种双膜三室电解槽制备Mg-Al合金的方法和装置，该方法和装置采用双膜三室电解槽，常温下以镁、铝分别作为阳极，石墨作为阴极，通过电解获得一定浓度的镁离子和铝离子，从而取代氯化镁和氯化铝，再通过离子交换膜在阴极上实现了共沉积，形成具有良好性能和使用价值的Mg-A1合金镀层，与现有技术相比，本发明方法和装置无污染，能耗低，电流效率较高，具有良好的应用前景。

本发明提出的一种双膜三室电解槽制备Mg-Al合金的方法，包括：在由阳离子交换膜和阴离子交换膜为隔膜的双膜三室电解槽中，双膜三室电解槽被依次分隔为第一阳极室、阴极室和第二阳极室，以镁作为第一阳极室的阳极，以铝作为第二阳极室的阳极，以石墨作为阴极室的阴极，进行恒流电解，使第一阳极室产生的镁离子和第二阳极室产生的铝离子分别通过阳离子交换膜和阴离子交换膜迁移到阴极室中，在阴极室的阴极上沉积形成Mg-Al合金。

优选地，第一阳极室的电解液为包含氯化胆碱的异丙醇溶液；

优选地，氯化胆碱的浓度为0.1-0.5mol/L。

优选地，第一阳极室内的电化学反应为：

Mg-2e→Mg²⁺。

优选地，第二阳极室的电解液为包含氯化1-丁基-2，3-二甲基咪唑的异丙醇溶液；

优选地，氯化1-丁基-2，3-二甲基咪唑的浓度为0.2-0.8mol/L。

优选地，第二阳极室内的电化学反应为：

Al-3e→Al³⁺+4Cl^-→AlCl₄^-。