[发明专利]双阴极法制备镁和轻稀土的混合中间合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于镁－混合轻稀土中间合金的制备方法，属于火法冶金技术领域。

背景技术

本发明属于应用于镁合金新材料的一种镁－稀土中间合金的制备方法。镁－稀土中间合金是制备先进新型耐腐蚀高温应用镁合金的基本原料。制备镁－稀土中间合金主要有以下三种方法，一是对掺法、二是镁热还原法，这两种方法各有问题：对掺法难以避免合金成分偏析，因为镁和多数稀土金属在比重和熔点上相差悬殊，稀土不能很好地分散到镁中；镁热还原法间歇式生产成本高；三是熔盐电解法，熔盐电解法有液态阴极法和共析出电解法两种 。

液态阴极法是用镁或低稀土含量的镁－稀土中间合金为液态阴极电解制备镁－稀土中间合金。以合金组元为阴极进行电解，在直流电场作用下，电解质中的稀土离子RE³⁺向阴极迁移、扩散，并在阴极上进行电化学还原。在阴极上析出的稀土与阴极镁进行合金化，生成低熔点的镁－稀土中间合金。

1987年于中国稀土学报上发表的《下沉阴极熔盐电解发制取富钇稀土－镁合金》公开了采用含富钇稀土为10 wt％的合金作下沉阴极，15～20 % 的RE（Y）Cl₃－KCl－NaCl电解质中，阴极电流密度为1～1.5 A/cm² 的电解条件下制备出20～30 % 的富钇稀土－镁合金，电流效率大于70 %。

1986年于中国稀土学报上发表的《镁阴极电解－真空蒸馏法制备金属钕》以液态金属镁作阴极电解钕镁合金，由于镁的密度小，浮在电解质表面，为上部液体阴极。以NdCl₃－KCl－NaCl为电解质，NdCl₃含量为20%，电解温度820^o20^oC，阴极电流密度为1.5A/cm²。电解初期镁阴极浮在电解质上部，电解过程中，随着钕的不断析出，并与液态阴极形成镁钕合金，阴极合金的密度随钕的含量的增加而增大，当其大于电解质的密度时，合金阴极开始下沉，落入底部接收器中，此时阴极导电钼棒也要随之下落，以保持与合金的接触。电解过程中，不断搅拌合金，可以加快钕向合金内部扩散，加强合金化过程，消除合金浓度梯度，提高电流效率和钕的直收率，镁合金中钕含量可达30% 左右。该工艺电流效率为65～70 %，钕直收率达80～90 %。

共析出电解法是利用电解质中的稀土离子和镁离子在阴极上共同析出并合金化来制取镁－稀土中间合金。

    1986年于稀有金属上发表的《在氯化物熔体中钇镁共沉积的研究》中采用小型石墨电解槽，在含有氯化钇和富钇氯化物熔体中电解共析制得了钇镁和富钇镁合金^[3]。在850~860^oC，阴极电流密度20～32A/cm²，熔体中含YCl₃为25～35 %、MgCl₂4～6%时，电解可得含钇60%左右的钇镁合金。电流效率平均为70 %，钇直收率为75 %，最高可达83%。

2002年于冶金工业出版社发表的作者为徐光宪的《稀土（中册）》所用直径为150mm的石墨电解槽，以YCl₃－MgCl₂－KCl为电解质，在900^oC下电解，得到含钇量高于60 %的钇镁合金。电流效率50 %，稀土直收率大于70 %。

2000年于中国稀土协会编上发表的《稀土科技进展》在800A规模下，采用CeCl₃结晶料和无水MgCl₂，以CeCl₃、MgCl₂和KCl以质量比为25～35︰3～5︰60～70混合形成的电解质，在900~920℃阴极电流密度10～15A/cm²，制备含Ce为40～60 %的Mg－Ce中间合金，电流效率达75 %，稀土的直收率为95 %，镁的直收率为98 %。

液态阴极法用的原料是无水氯化稀土，共析出电解法用的是无水氯化镁，其脱水工艺复杂，尤其是氯化镁脱去最后两个结晶水工艺极其复杂并带来大量的能耗、物耗以及产生HCl的腐蚀设备问题。在电解过程中用含水的氯化稀土和氯化镁可以避免原料脱水带来成本高的问题，降低生产成本。

发明内容

本发明目的在于提出一种能克服以上现有技术缺陷的一种中间合金的制备方法。