专利名称：在大气环境下制作含锂的镁合金的方法
技术领域：
本发明涉及一种在大气下环境下制作含锂的镁合金的方法，尤其涉及一种 以镁-锂母合金做为原料，再熔炼为目标成分的含锂的镁合金的方法。
背景技术：
镁合金具有高比强度、质轻、散热性佳、良好的制震能及电磁波遮蔽性等特性，符合3C产品轻薄短小的需求，因此产业发展具高度潜力，近年来已普遍 应用于3C产品的设计上。由于镁合金的比强度为一般结构用合金中的最高，因此可取代车辆中的部 分结构，以节省能源耗损。此外，镁合金尚具有可回收再利用的特性，使其成 为目前最符合环保跟轻量化的结构用材料。因此，目前的趋势都朝向制作重量更轻、强度更强的镁合金。其中，镁_ 锂系合金的强度与比弹性系数在所有材料中为最优，也为轻量化的最佳材料。然而，镁虽具有质轻、高比强度、散热性佳、再回收性佳等优点，但因为 它的结晶结构为六方最密堆积结构(HCP)，使得镁合金在室温的延展性不佳、 塑性加工能力也差，需要加热以提高其可加工性，而镁在空气中加热会快速氧 化，易与大气中的氧或氮作用，产生放热反应而激烈燃烧，所以在温度提高时 要加入保护气体以防止氧化。另外，由于制作镁-锂合金时需将纯锂加入镁熔汤之中，而锂的活性比镁 更强，周遭的些微湿气都可能造成锂的瞬间气化，使得熔炼过程不仅困难且危 险性高。因此，镁-锂合金的熔制需采用高周波真空感应熔解炉，在氩气保护 气氛中进行，故除了危险性高外，成本也居不下，相对的也使镁-锂合金的应 用受到了限制。此外，由于纯锂活性大，在运送、储存的过程中极为危险，因此纯锂的价 格高低取决于运送的方式，对于不生产锂矿而需仰赖进口的地区来说，也是无 法降低成本的原因之一。 发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种在大气环境下制作含锂的镁合 金的方法，用以改善传统真空熔炼方法危险性高，运送成本昂贵的问题。为实现上述目的，本发明提出一种在大气下环境下制作镁-锂母合金的方 法，包括以下步骤在大气下进行一电解沉积与扩散法，使锂金属沉积并扩散入阴极材料内，以得到一高锂含量的镁-锂母合金；以及以该高锂含量的镁-锂母合金为原料，进一步熔炼为所需目标成分的含锂的镁合金。首先，以电解扩散法在大气环境下制作高锂含量的镁-锂母合金，降低其 活性以方便运输、储存。然后再利用此镁-锂母合金于大气环境下熔炼成所需 目标成分的含锂的镁合金，由于可预先检测镁-锂母合金的成分含量，因此更 容易控制后续制作含锂的镁合金中各成分的含量。依照本发明的实施例，以电解沉积与扩散法在大气环境下制作高锂含量的镁-锂母合金的方法包含以石墨为阳极、镁及镁合金为阴极，在由氯化锂与氯化钾所组成的电解液中进行电解沉积与扩散反应，使锂金属扩散入阴极材料 内，以得到一高锂含量的镁-锂母合金。其中，制成的镁-锂母合金的成分可介于Mg-lOwt. % Li至Mg-50wt. % Li之间。之后，再将此高锂含量的镁-锂母合金在大气环境下进一步熔炼，以得到 所需目标成分的含锂的镁合金。采用本发明，利用电解沉积与扩散法于大气环境下制作镁-锂母合金，不 同于传统工艺需在真空环境下将高度活性的纯锂加入镁熔汤中可能造成危险， 本发明的方法不但大幅降低操作的危险性，还可减少真空设备操作的成本。此外，以电解扩散法于大气环境下制作的高含锂量的镁-锂母合金因为活 性大幅降低，可避免运送或储存过程中可能的危险性，故利用锂-镁母合金作 为制备含锂的镁合金的原料，可达到降低其运送成本的目的。另外，本发明以镁-锂母合金做为原料，再熔炼为具有目标成分的含锂的 镁合金的方式，可通过预先分析镁-锂母合金成分含量，进而精确控制后续制 作的含锂的镁合金的成分，更可达到工艺简化、控制质量的目的。为了使本发明的构成特征、操作方法、目的及优点更加容易了解，故在下 文中配合图标及文字叙述，说明本发明的实施例。
图1为依照本发明的实施例的一种在大气环境下制作含锂的镁合金的步骤流程图；图2为本发明的实施例的电解槽结构示意图。其中，附图标记-.110:步骤120:步骤130:步骤200:电解槽210:外槽体211:顶盖220:氧化铝内层221:支撑板230:钢制烧杯240:玻璃烧杯241:电解液242:阳极243:阳极244:阴极支撑:245:氧化铝管246-干燥气体250:加热器260:热电偶具体实施方式
参照图1,其为依照本发明的实施例的一种可在大气环境下制作含锂的镁 合金的步骤流程图。首先，如步骤110所示，提供一可在大气下制作镁-锂母合金的电解槽。 图2为本发明的实施例的电解槽结构示意图。依照本发明的实施例，电解槽200为一双层的结构，包含一外槽体210及一氧化铝内层220，外槽体210上方具有一可动式顶盖211。电解槽200中具有一支撑板221，置于氧化铝内层220内的底部， 一钢制烧杯230连设于支撑板221上。钢制烧杯230中具有一玻璃烧杯240，电解液241则装于玻璃烧杯240中，电解液241的组成物包含45 wty。的氯化锂及55wt%的氯化钾。一加热器250置于氧化铝内层220及钢制烧杯230之间， 一热电偶260 置于玻璃烧杯240内并浸入电解液241中，加热器250用以加热电解液241 使其熔融，热电偶260用以检测电解液241的温度。
阳极242及阴极243设置于玻璃烧杯240内，并浸置于电解液241中。阳 极242与阴极243之间以阴极支撑架244相连接，且阴极支撑架244下方装设 有氧化铝管245,可吹入干燥气体246。依照本发明的实施例，阳极242的材料可为石墨棒，阴极243的材料可为 一镁或镁合金材料。此外，阳极242表面需钻孔以增加其表面积，因为不用恒 电位仪的一般电解反应中，希望辅助电极(阳极242)的面积要比研究电极(阴 极243)的面积大100倍以上，使得外部所加的极化主要作用于研究电极(阴极 243)上。接着，如步骤120所示，进行一电解沉积与扩散法于阴极243上产生锂 原子沉积并扩散进入镁基地中，以得到一镁-锂母合金(master alloy)。其中， 在电解液241中产生的化学反应如下<formula>formula see original document page 6</formula>并在阴极上产生还原反应<formula>formula see original document page 6</formula>依照本发明的实施例，电解扩散法的工作温度为400 53(TC之间，通过 施加--3V 4.2V的直流电压，可直接在阴极243上直接沉积锂金属。由于在 高温环境下，这些锂金属可扩散入阴极材料内，而形成性质稳定且含锂量高的 镁-锂母合金。此外，在进行下一步骤之前，可先进行成分分析，以确定镁-锂母合金中各成分的含量。依照本发明的实施例，制成的镁-锂母合金的成分可介于Mg-lOwt.% Li 至Mg-50wt.9&Li之间。此镁-锂母合金由于活性相较于纯锂来说大幅降低、性 质稳定，且合金成分含量明确，因此十分适用于进一步熔炼成具目标成分的含 锂的镁合金，且不需在真空条件下进行，具有安全、可控制成分的优点。此外， 也降低了运送时的风险，相对减少运送成本的支出。最后，如步骤130所示，依一般常用的方法将此镁-锂母合金熔炼为所需 的目标成分的含锂的镁合金，例如商业上常用的Mg-9wt.%Li-lwt.%Zn，或依 需要熔炼为成分适当的含锂的镁合金。由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的方法可提供制造镁-锂母合 及易于控制含锂的镁合金成分的优点。首先，本发明利用电解沉积与扩散法于大气环境下制作镁-锂母合金，不 同于传统工艺需在真空环境下将高度活性的纯锂加入镁熔汤中可能造成危险， 本发明的方法不但大幅降低操作的危险性，还可减少真空设备操作的成本。此外，以电解扩散法于大气环境下制作的高含锂量的镁-锂母合金因为活 性大幅降低，可避免运送或储存过程中可能的危险性，故利用锂-镁母合金作 为制备含锂的镁合金的原料，可达到降低其运送成本的目的。另外，本发明以镁-锂母合金做为原料，再熔炼为具有目标成分的含锂的 镁合金的方式，可通过预先分析镁-锂母合金成分含量，进而精确控制后续制 作的含锂的镁合金的成分，更可达到工艺简化、控制质量的目的。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种在大气下制作含锂的镁合金的方法，其特征在于，该方法至少包含在大气下进行一电解沉积与扩散法，使锂金属沉积并扩散入阴极材料内，以得到一高锂含量的镁-锂母合金；以及以该高锂含量的镁-锂母合金为原料，进一步熔炼为所需目标成分的含锂的镁合金。
2. 根据权利要求1所述在大气下制作含锂的镁合金的方法，其特征在于， 该电解沉积与扩散法以一石墨为阳极、 一纯镁或镁合金为阴极，并于由氯化锂 与氯化钾所组成的电解液中进行电解沉积与扩散反应，使锂金属沉积并扩散入 阴极材料内而形成母合金。
3. 根据权利要求1所述在大气下制作含锂的镁合金的方法，其特征在于， 还包含在熔炼该含锂的镁合金之前，进行一成分含量分析，以定量镁-锂母合 金的成分。
4. 根据权利要求1所述在大气下制作含锂的镁合金的方法，其特征在于， 该高锂含量镁-锂母合金的成分可介于Mg-10wt.% Li至Mg-50wt.% Li之间。
全文摘要
本发明公开了一种在大气环境下制作含锂的镁合金的方法，包含以石墨为阳极、镁或镁合金为阴极，在由氯化锂与氯化钾所组成的电解液中进行电解沉积与扩散反应，使锂金属沉积并扩散入阴极材料内，以得到高锂含量的镁-锂母合金。再将此高锂含量的镁-锂母合金于大气环境下进一步熔炼，以得到所需目标成分的含锂的镁合金。
文档编号C25D3/42GK101130837SQ20061010993
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者汪俊延, 蔡德昌 申请人:陆泰阳;汪俊延;蔡德昌