[发明专利]一种制备不同相组成的铝锂-钆合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种合金的制备方法。具体地说的是一种在氯化物熔盐体系中制备不同相组成的铝锂-钆合金的方法。

背景技术

铝锂合金作为一种新型铝合金材料，由于具有低密度、高强度、高模量以及良好的抗腐蚀性能，成为航空航天领域及兵器工业中最具潜力的新型金属结构材料。

目前，铝锂合金的生产技术主要有以下三种：(1)铸锭冶金法：铸锭冶金法是铝锂合金的主要生产方法。美国的Alcoa、英国的Alcan、法国的Pechiney、俄罗斯等都采用此法生产铝锂合金。这种方法的优点是成本较低，可大规模生产。但是由于锂的化学性能活泼，采用此方法熔炼铝锂合金时，必须加保护气氛加以保护，该方法制备的铝锂合金中锂的质量分数一般不超过3％，很难满足对轻型合金的要求。(2)粉末冶金法：粉末冶金法是一种能制备复杂形状产品的生产技术，也是生产铝锂合金的重要方法，其基本工序为粉末制取、粉末成形，粉末烧结。但是该法工序比较复杂，生产规模小，产量不高，适合制备复杂形状的铝锂合金产品。(3)熔盐电解法：鉴于传统的合金制备方法存在的缺点，研究者们开始探索其他的一些更好的制备铝锂合金的方法。其中较有代表性的就是熔盐电解法。在熔盐中电解制备铝锂合金，通过对电解条件的控制可以控制合金的组分，在制备过程中合金一直受熔盐保护，很大程度上降低了对环境气氛的要求，简化了生产设备，在较低成本下可制备出锂含量符合要求、钠含量很低的合金。

近年来，稀土在铝及铝合金中的应用和研究也得到了迅猛的发展，在铸造铝硅合金中添加微量的稀土钆，形成Al₃Gd等Al-Gd金属间化合物，可以细化晶粒，提高材料高温强度，显著改善机械性能。在铝合金导线中添加稀土钆，能显著提高导线的抗张强度和耐腐蚀性。各种高强度稀土铝合金，如稀土铝合金导线(Al-Mg-Si-RE)，高强稀土铝合金(Al-Mg-Zn-RE，Al-Mg-RE)，超轻铝合金(Al-Li-RE，Al-Li-Mg-RE)等都得到了广泛的研究和应用。目前，铝-稀土合金的制备工艺主要有以下几种：(1)对掺法，也称为混熔法，这是当前生产铝-稀土合金的主要方法，将一定比例的金属元素在高温下熔融，制得合金，其工艺比较简单，对设备的要求也不高，可以大量生产。但是该方法也存在着明显不足，采用稀土金属作为原料，成本高；其次，稀土金属化学性质活泼，高温熔融过程中，稀土金属烧蚀严重，合金组分不均匀，易偏析。(2)熔盐电解法，根据熔盐电解质种类的不同可以分为氯化物熔盐电解法、氟化物-氧化物熔盐电解法。两种方法各有优缺点。氯化物熔盐电解法具有熔盐腐蚀性较小，但氯化稀土的制备成本高、脱水困难且反应活性高，储运困难。氟化物-氧化物电解法具有氧化物好储运，但相对于氯化物熔盐体系，氟化物-氧化物熔盐具有较高的熔点，电解温度高、熔盐腐蚀性强。如中国专利200810223984.4报道，在一定比例的稀土氟化物(REF₃)-冰晶石(nNaF·AlF₃)-氟化锂(LiF)电解质体系中，电解温度850～1100℃，通过电解可以得到稀土含量5～98wt％的铝稀土合金。中国专利200410002122.0报道，在电解铝的过程中，电解温度940～965℃，直接加入氧化铈，可电解得到含铈10％的铝铈中间合金。中国专利03153786.3报道，在冰晶石体系中添加1～6％的氧化铝、0.1～8％的氧化钪、0.1～2％的氧化锆，电解温度900～990℃，通过电解共析可制得铝钪锆中间合金，其中钪含量为0.1～3％。

氟化物-氧化物熔盐电解法对电解槽等设备腐蚀非常严重，这大大制约了其实际应用。采用冰晶石体系的工业铝电解法可以实现稀土铝中间合金的大量生产，这种方法于上世纪80年代已应用于生产铝合金电线。但是这种方法只适用于制备稀土含量低的稀土铝合金，而且电解过程中，稀土在铝液上沉积会造成合金中稀土分布的不均匀，需要后续精炼加工过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单，对设备的要求低，能耗低，污染小的制备不同相组成的铝锂-钆合金的方法。