专利名称：一种铝镥镱合金及其熔盐电解制备方法
技术领域：
本发明涉及是一种稀土铝合金。本发明也涉及一种稀土铝合金的制备方法。具体 地说的是一种在氟氯化物熔盐体系中制备铝镥镱三元合金的方法。
背景技术：
铝及其合金具有比重小，比强度高、耐腐蚀、加工性能好，易于成型等特点。随着现代工业技术的发展，铝及其合金巳成为不可缺少的重要材料，在高技术、国防、轻工、建筑、电力通讯、交通运输等方面有着广泛的应用。随着科学技术的发展，对铝及其合金的性能提出了更高的要求。为了改善铝及其合金的性能，一方面在熔炼及其加工工艺上进行改进，另一方面在铝及其合金中添加其他元素。稀土是冶金工业中的有效添加剂，稀土元素作为微量元素加入铝及其合金中，不仅有细化晶粒的变质作用，还有改善合金的铸造性能、力学性能、增强合金耐蚀性以及合金蠕变性能的作用，从而可显著改善和提高铝及其合金的综合性能。与加入轻稀土相比，在合金中加入重稀土元素具有更加明显的优势，这是由于1)重稀土在合金中的固溶度较大，且固溶度随着温度的降低急剧下降；2)重稀土具有很好的固溶强化和沉淀强化效果。Al-Lu (Yb)合金具有广泛地应用。镥及其合金在磁性材料、超导材料和发光材料等地制备中应用广泛。此外，金属镥可做成镥铝探针片，用于核反应堆的中子探针。同时，在铝合金中添加稀土元素Yb，能够形成含有Yb的球形弥散相有效地抑制再结晶，显著提高合金的抗应力腐蚀性能。目前，国内制备铝稀土合金主要是采用对掺法(混熔发)和熔盐电解法。对掺法优点是设备简单，方便易行，可在铝液中直接加稀土金属制备合金铝液。缺点是成分不易控制，使用时，实收效不稳定，最终产品质量不宜保证；生产流程长，工艺复杂，耗能高，合金成分易偏析，生产成本高。熔盐电解法又可分为氯化物熔盐电解和氟化物-氧化物熔盐电解。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，容易掌握，大型电解槽的结构材料容易解决，因此是现代稀土电解工业生产稀土金属的基本方法。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的优点，但相对于氯化物熔盐体系，氟化物-氧化物熔盐的熔点较高，电解温度高，熔盐腐蚀性强。两种电解工艺的最大特点在于可以处理高熔点的稀土金属，并且只要不断补充稀土氧化物，电解就可以连续进行。熔盐电解法因为可连续作业、设备简单、经济方便，不受还原剂限制，被广泛用来制取大量混合稀土金属和部分单一稀土金属及稀土合金。已有技术中有关于采用熔盐电解法直接生产铝稀土合金的报道，例如中国专利申请号为200410002122. 0，名称为“熔盐电解法直接制备铝铈中间合金的方法”中公开了一种在招电解槽中添加纯氧化铺，电解温度为940 965°C,通过熔盐电解进行反应,使铺在电解过程中直接溶入铝液的生产铝铈中间合金的方法。此稀土合金含有10%以上的铈。与熔盐电解法直接制备铝合金相近的，公开号为CN1410599专利文件中公开的“ー种电解生产铝钪合金的方法”的特点是利用纯铝、Sc2O3和熔盐体系(NF4HF、NaF, KC1、NaCl、钠冰晶石和钾冰晶石)电解温度为950 ±20°C，制备Al3Sc合金。中国专利申请号为03153786. 3的专利文件报道，在冰晶石体系中添加I 6%的氧化铝、0. I 8%的氧化钪、0. I 2%的氧化锆，电解温度900 990°C，通过电解共析可制得铝钪锆中间合金，其中钪含量为0. I 3%。再例如与熔盐电解法直接制备铝合金相近的名称为“ー种稀土铝合金及其制备方法和装置”(公开号为CN101724769A)的专利文件中，以REF3、冰晶石nNaF *A1F3、氟化锂LiF为电解质体系，电解温度为850 1100°C，通过电解可以得到铝稀土合金，合金中含有镧、铈、镨、钕、钆、铽、镝、钦、铒、铥、镥、钪、钇中的至少ー种稀土金属
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用金属化合物为原料，让铝、镥、镱的离子在阴极上共电沉积直接制备的铝镥镱合金。本发明的目的还在于提供ー种エ艺简单、能耗低的铝镥镱合金的熔盐电解制备方法。本发明的铝镥镱合金由重量比为铝71. I 96. 6%、镥2. 3 18. 8%、镱0.9 10. 4%组成。本发明的铝镥镱合金的熔盐电解制备方法为在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，各电解质的质量配比为AlF3 NaCl KCl KF = 6. 7 12. 6% 36. 5 38. 9% 46. 9 50. I % 3. 8 4. I %，将Lu2O3和Yb2O3粉末添加到电解质体系中，Lu2O3和Yb2O3的加入量均为AlF3重量的5. 3 10. 2%，加热至750 850°C熔融，以金属钥为阴极，石墨为阳极，电解温度750 850°C，阴极电流密度为2. 8 7. 8A/cm2,阳极电流密度为
0.5A/cm2，槽电压4. I 5. 3V，经2 4小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出得到铝、镥、镱的含量分别为71. I 96. 6%、2. 3 18. 8%、0. 9 10. 4%的铝镥镱合金；电流效率30. I 75. 6%。电解质体系中的NaCl、KCl分别在300°C、600°C干燥24小时。本发明提供了一种エ艺简单，生产成本低的铝镥镱三元合金的制备方法。其特点在于(1)既不用金属铝，也不用稀土金属，而是采用铝的氟化盐，稀土的氧化物为原料，采用熔盐电解直接制备铝镥镱合金，实现镥、镱在熔盐中的电解析出，生产流程大大缩短，エ艺简单。⑵本发明的电解温度低(750 850°C)，远远低于Lu2O3的熔点(2490°C )和Yb2O3的熔点(2372°C )，因此，可以延长设备的使用寿命，节省能源，降低生产成本。本发明采用AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质的氟氯化体系，兼容了熔盐电解中的氯化物熔盐电解法和氟化物-氧化物熔盐电解法的优点，此外，熔盐体系中少量的KF可避免阴极钝化。
图I为实施例I所得合金的XRD图谱。图2为实施例3所得合金的XRD图谱。
具体实施方式
熔盐电解制备铝镥镱合金的方法具体工艺流程如下(I) NaCl、KCl分别在300 °C >600 °C干燥24小时，脱水完毕后以质量比为NaCl KCl = 35 45的比例将NaCl和KCl混合均匀，将KF、AlF3' Lu2O3和Yb2O3粉末直接加入到熔盐体系中，混合均匀，其中KF为3. 5 4g，AlF3为6 12g，Lu2O3和Yb2O3加入量均为AlF3质量的5. 3 10. 2%。(2)根据需要确定电解温度、电解时间和电流密度进行电解。电解过程中可以通氩气进行保护。下面举例对本发明做更详细地描述实施例I :在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，将Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔盐体系中，加热至780°C熔融，体系中各电解质的质量配比为AlF3 NaCl KCl KF = 10. 6% 37. 2% 47. 9% 4. 3%，Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均为AlF3重量的8. 8% ;以金属钥(Mo)为阴极，石墨为阳极，电解温度780°C，阴极电流密度为6. 4A/cm2,阳极电流密度为O. 5A/cm2，槽电压4. 1-4. 3V，经3. 2小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出Al-Lu-Yb三元合金，铝、镥、镱的含量分别为76. 4%、13. 2%、10. 4%，电流效率为52.9%。实施例2 :在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，将Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔盐体系中，加热至850°C熔融，体系中各电解质的质量配比为AlF3 NaCl KCl KF = 12. 5% 36. 5% 46. 9% 4. I %，Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均为AlF3重量的5. 3% ;以金属钥(Mo)为阴极，石墨为阳极，电解温度850°C，阴极电流密度为2. 8A/cm2,阳极电流密度为O. 5A/cm2，槽电压5. 0-5. 3V，经2小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出Al-Lu-Yb三元合金，铝、镥、镱的含量分别为96. 6%、2. 5%,0.9%,电流效率为70. 3%。实施例3 :在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，将Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔盐体系中，加热至750 °C熔融，体系中各电解质的质量配比为AlF3 NaCl KCl KF = 9. I % 37. 9% 48. 7% 4. 3%, Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均为AlF3重量的8. 5% ;以金属钥(Mo)为阴极，石墨为阳极，电解温度750°C，阴极电流密度为7. 8A/cm2,阳极电流密度为O. 5A/cm2，槽电压4. 8-5. 2V，经3. 5小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出Al-Lu-Yb三元合金，铝、镥、镱的含量分别为91. 9%、4. 4%、3. 7%，电流效率为30.8%。实施例4 :在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，将Y2O3和Yb2O3粉末添加到熔盐体系中，加热至800°C熔融，体系中各电解质的质量配比为AlF3 NaCl KCl KF = 12. 6% 36. 6% 47. 1% 3. 8%，Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均为AlF3重量的7. 6% ;以金属钥(Mo)为阴极，石墨为阳极，电解温度800°C，阴极电流密度为4. 7A/cm2,阳极电流密度为O. 5A/cm2，槽电压4. 1-4. 3V，经4小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出Al-Lu-Yb三元合金，铝、镥、镱的含量分别为87. 5%、6. 7%,5.8%,电流效率为60. 4%。实施例5 :在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，将Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔盐体系中，加热至820°C熔融，体系中各电解质的质量配比为AlF3 NaCl KCl KF = 6. 7% 38. 9% 50. 1% 4. 3%, Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均、为AlF3重量的10. 2% ;以金属钥(Mo)为阴极，石墨为阳极，电解温度820°C，阴极电流密度为4. lk/cm2,阳极电流密度为0. 5A/cm2，槽电压4. 7-5. 0V，经2小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出Al-Lu-Yb三元合金，铝、镥、镱的含量分别为93. 7%、4. 0%、2. 3%,电流效率为30. 1% o
实施例6 :在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，将Lu2O3和Yb2O3粉末添加到熔盐体系中，加热至800°C熔融，体系中各电解质的质量配比为AlF3 NaCl KCl KF = 11. 6% 37. 0% 41. 6% 3. 8%，Lu2O3 和 Yb2O3 的加入量均为AlF3重量的6. 9% ;以金属钥(Mo)为阴极，石墨为阳极，电解温度800°C，阴极电流密度为4. lk/cm2,阳极电流密度为0. 5A/cm2，槽电压4. 1-4. 2V，经2. 5小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出AトLu-Yb三元合金，铝、镥、镱的含量分别为711 %、18. 8 %、10. I %，电流效率为75.6%。
权利要求
1.一种铝镥镱合金，其特征是由重量比为铝71. I 96. 6%、镥2. 3 18. 8%、镱0. 9 10. 4%组成。
2.一种铝镥镱合金的熔盐电解制备方法，其特征是在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，各电解质的质量配比为AlF3 NaCl KCl KF = 6. 7 12. 6% 36. 5 38. 9% 46. 9 50. I % 3. 8 4. I %，将Lu2O3和Yb2O3粉末添加到电解质体系中，Lu2O3和Yb2O3的加入量均为AlF3重量的5. 3 10. 2%，加热至750 850°C熔融，以金属钥为阴极，石墨为阳极，电解温度750 850°C，阴极电流密度为2. 8 7. 8A/cm2,阳极电流密度为0.5A/cm2，槽电压4. I 5. 3V，经2 4小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出得到铝、镥、镱的含量分别为71. I 96. 6%,2. 3 18. 8%,0. 9 10. 4%的铝镥镱合金。
3.根据权利要求2所述的铝镥镱合金的熔盐电解制备方法，其特征是电解质体系中的NaCl、KCl分别在300。。、600。。干燥24小时。
全文摘要
本发明提供的是一种铝镥镱合金及其熔盐电解制备方法。在电解炉内，以AlF3+NaCl+KCl+KF为电解质体系，各电解质的质量配比为AlF3∶NaCl∶KCl∶KF＝6.7～12.6％∶36.5～38.9％∶46.9～50.1％∶3.8～4.1％，将Lu2O3和Yb2O3粉末添加到电解质体系中，Lu2O3和Yb2O3的加入量均为AlF3重量的5.3～10.2％，加热至750～850℃熔融，以金属钼为阴极，石墨为阳极，电解温度750～850℃，阴极电流密度为2.8～7.8A/cm2，阳极电流密度为0.5A/cm2，槽电压4.1～5.3V，经2～4小时的电解，在熔盐电解槽阴极附近沉积出得到铝、镥、镱的含量分别为71.1～96.6％、2.3～18.8％、0.9～10.4％的铝镥镱合金。本发明可以延长设备的使用寿命，节省能源，降低生产成本。
文档编号C25C3/36GK102628131SQ20121012279
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者于晓峰, 孙怡, 孙运霞, 张密林, 韩伟 申请人:哈尔滨工程大学