[发明专利]一种稀土铝合金及其制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及稀土合金材料领域，属于稀土火法冶金，特别是一种稀土铝合金及其制备方 法和装置

背景技术

目前，铝及铝合金是仅次于钢铁的第二大金属结构材料，广泛应用于建筑、能源、运输、 航空航天等领域。稀土在铝及铝合金材料中的应用及其研究也得到了迅猛发展，各种稀土铝 合金如高强度稀土铝合金导线(Al-Mg-Si-RE)、耐热稀土铝合金导线(Al-Zr-RE)、建筑型材 铝合金(Al-Mg-Si-Fe-RE)、高强铝合金(Al-Zn-Mg-RE，Al-Si-Cu-RE)等得到了十分广泛的 应用，在高新材料中得到较多应用的稀土铝中间合金有Y-Al合金、Sc-Al合金、Er-Al合金、 Nd-Al合金等。

稀土铝中间合金制备工艺技术主要有以下几类：

(1)混熔法：混熔法也称对掺法，为传统的稀土铝合金制备方法，主要是利用电弧炉或 中频感应炉，将稀土金属或混合稀土金属和金属铝混熔，制得合金。该方法是目前普遍采用 的方法，其工艺技术简单方便，能够制备多元中间合金或应用合金；但也存在不足，1)稀土 金属在铝液中容易局部过浓，易发生包晶反应，产生夹杂物；2)由于在熔炼过程中，合金直 接暴露在气氛中，稀土金属烧损较大；3)该方法采用的原料为稀土金属或混合稀土金属，尤 其对中重稀土金属而言，其制备工艺复杂，成本较高；4)熔炼温度高，由于以稀土金属或混 合稀土金属为原料，熔炼温度要求高。

(2)稀土氯化物或氟化物熔盐体系电解法

文献(D.Brantland，et al.，Revue Roumaine de chimie，17(1972)，21)报道，利用上部液态 铝作阴极，在YF₃-LiF熔盐体系中电解被溶解的Y₂O₃，电解制得了含钇22.6％的Y-Al合金； 文献(唐定骧，沈青囊，赵敏寿，稀土化学论文集，科学出版社，1982，95～108)报道，在 YF₃-BaF₂-LiF熔盐体系中，850～900℃下，用上部液态铝作阴极，电解被溶解的Y₂O₃，制得 了含钇≈30％的Y-Al合金，电流效率80～90％；文献(E.Morrice et al.，Proceeding of the 10th Rare Earth Research Conference，Ariz，7(1973)，682)报道，在YF₃-LiF熔盐体系中，同时加入 Y₂O₃和Al₂O₃，在1005℃下，使钇和铝在阴极上共析出，其电流效率约60％，金属收率80％ 左右；中国专利01138655.X报道，在NaF-YmCl₃-KCl-NaCl熔盐体系中(Ym为钇混合稀土)， 将液态铝加入到电解槽底部的坩埚中做为阴极，在720～860℃下，通过电解YmCl₃制得Ym-Al 中间合金，合金中稀土总量6～14％，电流效率67～83％，稀土直收率87～95％。

对于氯化物电解法，电解过程中产生大量氯气，严重污染环境，对操作人员也产生相当 大的危害；另外，该法电流效率低，稀土金属回收率低。

对于氟化物电解法，如果采用上浮阴极，仅能制得低稀土含量的稀土铝合金，并且因稀 土铝合金直接暴露在空气中，其电流效率、稀土直收率、产率比较低；若采用共析法，由于 氟化物熔盐与稀土铝合金的密度差较小，虽然能制得高稀土含量的稀土铝合金，但在电解过 程中会有大量低稀土含量的合金出现，影响电流效率和稀土直收率，虽然能通过增加电解质 中LiF的含量来降低熔盐密度，但同时会致使稀土氧化物溶解度降低，造成阳极效应出现的 几率增加，经济技术指标和产品质量出现问题。

(3)工业铝电解法

中国专利02153736.4报道，其采用熔盐电解法将铝和钪电解析出形成合金，工艺条件为： 控制电解质熔融冰晶石体系的重量百分比为氧化铝1～10％，氧化钪0.1～10％，其余为冰晶石 nNaF·AlF₃和不可避免的杂质，且NaF和AlF₃之比为2～3；电解温度900～990℃：电解槽工 作电压3.0～6.5V；电极极距2.0～7.0cm。其实现方法是在铝电解中加入含一定量氧化钪的氧化 铝，电解共析制得含钪0.1～3％的铝基中间合金；