[发明专利]一种熔盐电解制备Mg-Mn-La三元合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种镁锰稀土合金的生产方法。

背景技术

Mg合金由于其比重轻的优点被广泛的应用于交通运输和体育器材等行业中。Mn和稀土元素是常用的Mg的合金化元素，Mn元素由于其特有的消除Fe对镁合金耐蚀性的影响，可以提高Mg合金的焊接性能和耐腐蚀性能，以及生物相容性能；稀土元素La由于其细晶强化、净化熔体等作用可以提高Mg合金的力学性能、耐蚀抗氧化性能；目前，已经有镁-锰-稀土合金用于生产各种规格的板材。这些板材代替了传统的MB8合金，应用于飞机蒙皮、壁板及其他结构零部件上。这些零部件可以在473K下长期使用。有一些镁-锰-稀土合金零部件甚至可以应用于在523K以下。

由于Mg的熔点为922K，而合金化元素Mn和La的熔点分别为1517K和1193K；Mg与Mn和La熔点相差较大，因此在熔炼Mg-Mn-La合金过程中，Mg的损失比较严重。导致想得到较高Mn和La含量的合金很困难。这成为了发展Mg-Mn-La合金的的瓶颈和难题。

目前，Mg-Mn合金的一般制备方法主要是将一定量金属锰颗粒加入镁熔体中搅拌，在较高的温度下浇入锭模，从而获得相应比例的Mg-Mn合金。例如公开号为CN99102408.7，名称为“镁锰牺牲阳极合金中锰加入的工艺方法”的专利文件中，公开了一种采用粉状金属锰的方式加入已熔化的镁料中的方法。其加入时与一定量的碱金属及碱土金属的氟化物混配同时加入，碱金属及其碱土金属氟化物作为添加剂，其加入量可为锰加入量的1-5%，金属锰加入温度为750-850℃，金属锰加入时可与抗氧化剂混配同时加入。但是此种方法在制备过程中存在如下缺陷：①原材料选用苛刻，高纯金属镁及金属锰制备较困难、成本高，工艺流程长，能源消耗大；②含锰量受锰粉粒度影响大，锰的均匀度受冷却方式的影响显著；③存在锰偏析现象；④镁的烧损较明显。本发明是采用熔盐电解制备的方法，用熔盐电解法制备的镁合金具有合金成分偏析少，产品质量高、制备成本低等优点，例如公开号为CN201110442459.3，名称为“熔盐电解法制备镁钆合金的生产工艺”的专利文件中，公开了一种熔盐电解法制备镁钆合金的生产工艺，是以氧化镁或者碳酸镁含量的质量百分比大于98％的纯菱镁矿和氧化钆或者氯化钆为原料，采用金属钨或者钼为阴极，石墨为阳极，电解质体系由氟化钆和碱金属或碱土金属的氯化物(LiCl、KCl、CaCl₂、BaCl₂等)和氟化物(LiF、KF、CaF₂、BaF₂等)组合而成，电解温度900～1200℃，电流强度在1000-10000A，槽电压在5-15V，电流效率大于75％，金属回收率大于95％，镁钆合金杂质含量小于1％，在熔盐电解槽中直接生产镁钆合金。但是此方法中LiF、LiCl等电解质价格较高，原料LiCl易吸水，而且氟化物体系对设备腐蚀严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作温度低、能耗小产品中各成分含量均符合工业应用要求范围的熔盐电解制备Mg-Mn-La三元合金的方法。

在电解槽中，以惰性金属钼为阴极并置于电解槽低部，石墨为阳极，在NaCl与KCl共晶盐体系中加入经干燥脱水的MgCl₂、MnCl₂、LaCl₃，MgCl₂、MnCl₂、LaCl₃占NaCl与KCl共晶盐体系得质量百分比分别为11.2-16.2%、1.8-3.1%、1.2-2.7%，控制温度在700-800℃的条件下，待电解槽内电解质熔融后，通入直流电流，控制阴极电流密度0.52A/cm²，阳极电流密度0.064A/cm²，恒电流预电解30分钟，然后更换一根钼电极再进行恒电流电解，控制阴极电流密度5.19-8.65A/cm²，阳极电流密度为0.64-1.06A/cm²，槽电压4.0-5.3V，经过2-4小时的电解，在电解槽于阴极附近沉积出液态Mg-Mn-La三元合金，冷却得固态Mg-Mn-La三元合金。

本发明的方法所得的合金中，金属镁的质量比含量为74.7-92.9%，金属锰的质量比含量为1.8-13%，金属镧的质量比含量为5.2-20.5%。

所述NaCl和KCl分别在500℃、600℃干燥处理24小时。

本发明采用共析出的理论，直接从金属化合物中一步电解出Mg-Mn-La三元合金。