专利名称：熔盐电解共还原制备含有强化相铝锂铒铥合金的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种铝锂稀土合金的制备方法。
背景技术：
铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成形性能，用其取代常规铝合金，可使构件质量减轻10% 15%，刚度提高15% 20%，被认为是21世纪航空航天工业最理想的轻质高强结构材料。但是，铝锂合金还存在着韧性差，各向异性明显及强度不够高等问题。为解决这一问题，各国学者通过添加微量稀土元素La、Ce、Sc等元素的形成Al-RE固溶体或者强化相的方法改善合金的某些性能。而在Al合金中添加稀土元素Er，形成具有Ll2型晶体结构的Al3Er0 Al3Er的晶格常数与铝非常接近，与基体有较好的界面共格性，是有效的强化相。同时，由于Al3Er的熔点很高(1067°C)，可以阻止高温时晶界的迁移、晶粒的长大以及晶界滑移，从而有利于提高合金的力学性能。因此，铝锂合金中含有Ll2型晶体结构的Al3Er相对合金性能的提升非常有益。已有技术中关于采用熔盐电解法直接生产铝锂系合金的报道，例如在公开号为CN101368281，名称为“熔盐电解法制备铝锂合金的方法”的专利文件中，公开了一种在阴极材质为铝的电解槽中，加入含锂的碳酸盐或硝酸盐，控制电流密度O. 05、. 3A cnT2，制得锂含量为广15%的铝锂合金。公开号CN101643921，名称为“一种低温熔盐电解生产高锂含量铝锂合金的方法”的专利文件中，公开了一种在共晶的LiCl-KCl体系中，电解温度38(T450°C、阴极电流电流密度1. (Γ3. OAcnT2下，经过广4小时电解，在铝阴极上得到合金成分分布均匀的铝锂合金。再如名称为“一种铝锂钐合金及熔盐电解制备方法”(公开号CN101886197A)的专利文件 中，在氯化物体系中，添加氧化钐，在63(T720°C，阴极电流密度
6.4AcnT2，经过2飞小时电解，在惰性Mo电极上分别制得合金成分分布均匀的Al-L1-Sm合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产过程简单，合金组成在生产过程中可以控制的熔盐电解共还原制备含有强化相铝锂铒铥合金的方法。本发明的目的是这样实现的在电解炉内，以惰性金属钨为阴极，光谱纯石墨棒为阳极，在等质量比的KCl-LiCl熔盐中添加A1F3、ErCl3和TmCl3作为电解质，其中AlF3的添加量控制在8. (Til. 5wt. %，ErCljP TmCl3的添加量分别控制在O. 96^1. Owt. %，在650°C下，采用下沉阴极法进行电解，阴极电流密度为3. 18^7. 96A cm_2，经过120分钟电解，在熔盐电解槽的阴极附近共还原析出含强化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm四元合金。本发明中的LiCl和KCl分别在300°C、600°C干燥处理24小时。本发明采用的是铝锂铒铥共还原的方法制取铝锂铒铥合金。与背景技术相比，不用金属铝、金属锂和稀土金属，也不用其它元素如钙、镧、铈等元素还原重稀土铒和变价稀土铥，而是全部采用金属化合物为原料通过熔盐电解的方法一步直接制备铝锂铒铥合金。 而且通过控制电解质配比和阴极电流密度来得到含有强化相的Al-L1-Er-Tm合金。
本发明提供一种工艺简单，生产成本低的共还原制备铝锂铒铥合金制备方法。本发明特点在于(1)采用共还原法直接制备铝锂铒铥合金。在熔盐中采用共还原的方法制备液态合金，合金不偏析，可以避免金属间化合物扩散的限制和电极材料的损耗，比使用活性电极更有优势。同时共还原可以通过控制电解过程中的电解参数来控制合金的组成，工艺流程简单可控。(2)在所制得的Al-L1-Tm-Er合金中，含有强化相Al3Er和Al3Tm相。Al3Er 和Al3Tm具有Ll2型结构，晶格常数与基体Al接近，凝固时与基体共格或半共格析出，可以有效的细化晶粒，提高铝锂合金的时效强化效果，改善合金的热稳定性。(3)Tm元素是变价稀土元素，在电解过程中，Tm(III)Am(II)存在反复变价，难以在阴极还原成金属，因此电解制备变价稀土一直是电解领域的难题。本发明采用共还原的方法，在惰性电极上成功电解制得铥含量在1. 60 16. 88%的Al-L1-Er-Tm合金，解决了电解制备变价稀土元素的难题。
附图1是实施例1制备的含有强化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm四元合金的 XRD分析。
附图2 4是实例4制备的合金样品的扫描电子显微镜(SEM)照片、面扫描照片和点扫描照片。其中图2是SEM照片；图3a-图3c分别是合金中Al、Er和Tm元素分布的 EDS面扫描图；图4是SEM照片中A点的EDS能谱分析图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述
实施例1、在等质量比的KCl-LiCl熔盐中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分别为8.Owt. %、1· Owt. %和1. Owt. %，以惰性金属钨(W)为阴极，石墨为阳极，电解温度为650°C下， 采用下沉阴极法，极距为4cm，阴极电流密度为7. 96A cm_2，经过2小时电解，在电解槽阴极附近共还原析出含有强化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金，合金中的Al、L1、Er和Tm 的含量分别为 54. 69%,4. 50%,23. 93% 和 16. 88%。
实施例2、在等质量比的KCl-LiCl熔盐中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分别为9.8wt. %、0· 98wt. %和O. 98wt. %，以惰性金属钨(W)为阴极，石墨为阳极，电解温度为650°C 下，采用下沉阴极法，极距为4cm，阴极电流密度为7. 96A cm_2，经过2小时电解，在电解槽阴极附近共还原析出含有强化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和 Tm 的含量分别为 79. 52%,2. 19%、11. 36% 和 6. 93%。
实施例3、在等质量比的KCl-LiCl熔盐中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分别为11.5wt. %、0· 96wt. %和O. 96wt. %，以惰性金属钨(W)为阴极，石墨为阳极，电解温度为650°C 下，采用下沉阴极法，极距为4cm，阴极电流密度为7. 96A cm_2，经过2小时电解，在电解槽阴极附近共还原析出含有强化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1- Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和 Tm 的含量分别为 80. 94%、2. 18%、9. 83% 和 7. 05%。
实施例4、在等质量比的KCl-LiCl熔盐中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分别为11. 5wt. %、0. 96wt. %和0. 96wt. %，以惰性金属钨(W)为阴极，石墨为阳极，电解温度为650°C下，采用下沉阴极法，极距为4cm，阴极电流密度为6. 37A cm_2，经过2小时电解，在电解槽阴极附近共还原析出含有强化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和Tm 的含量分别为 87. 67%、1. 79%,6. 67% 和 3. 87%。实施例5、在等质量比的KCl-LiCl熔盐中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分别为
11.5wt. %、0· 96wt. %和O. 96wt. %，以惰性金属钨(W)为阴极，石墨为阳极，电解温度为650°C下，采用下沉阴极法，极距为4cm，阴极电流密度为4. 78A cm_2，经过2小时电解，在电解槽阴极附近共还原析出含有强化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和Tm 的含量分别为 91. 13%、1. 24%,4. 62% 和 3. 01%。实施例6、在等质量比的KCl-LiCl熔盐中，A1F3、ErCl3和TmCl3的添加量分别为
11.5wt. %、0· 96wt. %和O. 96wt. %，以惰性金属钨(W)为阴极，石墨为阳极，电解温度为650°C下，采用下沉阴极法，极距为4cm，阴极电流密度为3. 18A cm_2，经过2小时电解，在电解槽阴极附近共还原析出含有强化相Al3Er和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm合金,合金中的Al、L1、Er和Tm 的含量分别为 93. 96 %、1. 87%,2. 57% 和1. 60%。
权利要求
1.一种熔盐电解共还原制备含有强化相铝锂铒铥合金的方法，其特征是在电解炉内，以惰性金属钨为阴极，光谱纯石墨棒为阳极，在等质量比的KCl-LiCl熔盐中添加A1F3、 ErCl3和TmCl3作为电解质，其中AlF3的添加量控制在8. O 11. 5wt. %，ErCl3和TmCl3的添加量分别控制在O. 96 1. Owt. %，在650°C下，采用下沉阴极法进行电解，阴极电流密度为3.18^7. 96A cm_2，经过120分钟电解，在熔盐电解槽的阴极附近共还原析出含强化相Al3Er 和Al3Tm的Al-L1-Er-Tm四元合金。
2.根据权利要求1所述的熔盐电解共还原制备含有强化相铝锂铒铥合金的方法，其特征是所述的LiCl和KCl分别在300°C、600°C干燥处理24小时。
全文摘要
本发明提供的是一种熔盐电解共还原制备含有强化相铝锂铒铥合金的方法。在电解炉内，以惰性金属钨为阴极，光谱纯石墨棒为阳极，在等质量比的KCl-LiCl熔盐中添加AlF3、ErCl3和TmCl3作为电解质，其中AlF3的添加量控制在8.0～11.5wt.%，ErCl3和TmCl3的添加量分别控制在0.96～1.0wt.%，在650℃下，采用下沉阴极法进行电解，阴极电流密度为3.18~7.96A cm-2，经过120分钟电解，在熔盐电解槽的阴极附近共还原析出含强化相Al3Er和Al3Tm的Al-Li-Er-Tm四元合金。本发明采用熔盐电解共还原法直接制备出含有强化相的铝锂铒铥合金，工艺简单，生产成本低。
文档编号C25C3/36GK103060851SQ20131002025
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者张密林, 韩伟, 李梅, 孙怡, 孙婷婷, 王英财 申请人:哈尔滨工程大学