專利名稱：金屬釔的制備方法
技術領域：
本發明是一種用氧化釔和氧化鎂電解共析法獲得釔-鎂合金，然后通過真空蒸餾除鎂制備金屬釔的新方法。
眾所周知，金屬釔作為一種合金組份，它能使合金具有優異的抗氧化、抗腐蝕、耐熱和高強度等性能。例如含釔的鐵鉻鋁合金具有的高溫抗腐性超過了不銹鋼，已廣泛用作加熱元件、汽車和摩托車的廢氣控制催化器中;含釔的鎳基和鈷基合金也具有抗腐蝕與抗氧化的優良性能，已用作飛機發動機葉片上的保護涂層;僅含0.01%釔的鋁導線，其導電率可增加50%……因此，金屬釔已愈來愈廣泛地應用于航天火箭、飛機、汽車制造等領域。
六十年代以來，大規模生產金屬釔采用金屬熱還原法，在真空條件下以氟化釔和氟化鎂混合物為原料，以金屬鈣作還原劑，制取釔-鎂合金，然后通過蒸餾除鎂獲得純金屬釔。另一種方法是電解法，由于金屬釔的熔點高，要求的電解溫度也高，因此需要耐高溫抗腐蝕的槽襯材料，使電解設備復雜，同時金屬回收率低，因此，合適的方法是首先生產一種熔點較低的含釔的母合金，然后通過真空蒸餾獲得純金屬釔。
七十年代出現的在氟化物熔鹽中電解氧化釔制取釔-鎂合金工藝〔Mol ten Salt clectrowinning of Mg-Yalloys，U.S Bureau of Mines RI7722，1973)，是用金屬鎂作液態陰極，用石墨作陽極、在YF3-LiF熔鹽中電解氧化釔獲得釔鎂合金。其電解槽結構特征是帶有氧化鎂隔膜管用來容納上浮的金屬鎂液態陰極。電解溫度800～900℃，最佳陰極電流密度不超過2A/cm2，電流效率在25.8～60.3%范圍內波動。所得合金含釔最高為55.6%。由于該工藝液態陰極需要消耗金屬鎂，而且電解槽結構復雜，產品純度和收率都低。
本發明的目的在于提出一種產品純度高、設備簡單、適合于大規模工業生產的金屬釔的制備方法電解共析-蒸餾法。
本發明的一個要點是采用氧化釔和氧化鎂混合物電解共析法連續制取釔-鎂合金。其混合物組成按重量百分比為Y2O384-90%，MgO10-16%，以達到合金中含釔85-90%，并使合金以液態形式沉積在電解槽底部，防止合金受陽極氣體和空氣氧化而造成損失。
本發明的第二個要點在于為了提高氧化釔和氧化鎂在溶鹽中的溶解度，并改善合金的凝聚性，在電解中，選擇了三元熔鹽體系，其組成的重量百分比為YF3∶LiF∶BaF＝(65～80)∶(20～30)∶(5～10)。
本發明的第三個要點是采用高陰極電流密度15-30A/Cm2，使陰極區局部過熱，有利于合金在陰極的凝聚。
本發明的第四個要點是選擇了電解操作溫度為1020-1080℃。
本發明的主要設備是石墨電解槽和真空蒸餾爐。電解槽結構特征與本申請人在85年4月1日向中國專利局申請的“一種連續電解生產金屬釹及釹-鐵合金的槽型結構”(申請號為85100748)相同。蒸餾設備為配有真空裝置的蒸餾爐，蒸餾罐用不銹鋼制造，采用硅碳棒電阻爐供熱。
與已有技術相比，本發明不采用金屬鎂作上浮液態陰極，電解出的合金下沉在電解槽底部，防止了合金與空氣及陽極氣體接觸，減少了氧化損失和產品污染，產品純度高、收率高，設備結構簡單，操作方便。
發明人曾進行了電解電流為1000-1300安培的制取釔-鎂合金的中間擴大試驗，采用耐高溫抗腐蝕的石墨坩堝盛受熔鹽，用帶凸緣的石墨筒做陽極，鉬棒作陰極，鉬坩堝作合金接受器，在熔鹽組成為YF3∶LiF∶BaF2＝70∶25∶5的氟化物體系中，均勻加入MgO13%，Y2O387%的混合物，在電解溫度為1040～1060℃，陰極電流密度為20A/Cm2的條件下，連續電解11天，加入混合氧化物254公斤，制得釔-鎂合金186公斤，獲得如下指標電流效率60～65%合金直收率＞90%合金成份Y90%，Mg10%。
將所得釔-鎂合金進行真空蒸餾。餾蒸設備采用不銹鋼蒸餾罐，將0.1～2Cm3粒度的合金塊裝入罐內的氧化鋁容器中，用硅碳棒電阻爐加熱。真空度大于1×10-1Pa，最高溫度1100℃，每個蒸餾周期為26個小時。蒸餾出來的海綿金屬釔收集在水冷容器中。將收集的海綿金屬釔裝入坦坩堝內，在氬氣保護下的真空感應爐內重焙后澆入水冷銅鑄錠模內得到一定尺寸的釔錠，然后真空包裝。
用上述方法制得含鎂小于0.05%的金屬釔共156公斤。
金屬釔產品的成份(%)列于下表YMgCaFeAlSi＞99＜0.05＜0.005＜0.2＜0.1＜0.權利要求
1.一種金屬釔的制備方法，在氟化釔、氟化鋰熔鹽中電解氧化釔，制取釔-鎂合金，然后真空蒸餾除鎂，其特征在于采用氟化釔、氟化鋰、氟化鋇三元熔鹽體系，其組成的重量百分比為YF3∶LiF∶BaF=(65～80)∶(20～30)∶(5～10)，以氧化釔和氧化鎂混合物電解共析法生產釔-鎂合金，氧化釔和氧化鎂混合物組成按重量百分比為Y2O384-90%，MgO10-16%，電解的陰極電流密度為15-30A/Cm2。
2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于其電解溫度為1020-1080℃。
3.按照權利要求1、2所述的制備方法，其中熔鹽組成的重量百分比為YF3∶LiF∶BaF＝70∶25∶5。
4.按照權利要求1、2所述的制備方法，其中陰極電流密度為20A/Cm2。
全文摘要
一種金屬釔的制備方法，采用氟化釔、氟化鋰、氟化鋇三元熔鹽體系、氧化釔和氧化鎂混合物電解共析法連續生產釔-鎂合金，然后真空蒸餾除鎂制備金屬釔。制得金屬釔的純度＞99％，產品收率高，操作簡便。
文檔編號C22B59/00GK1035322SQ8710684
公開日1989年9月6日 申請日期1987年10月8日 優先權日1987年10月8日
發明者吳迪武, 焦士琢, 夏景明, 陳文亮, 秦鳳啟, 熊慰慈, 劉文淮, 趙立忠, 張志宏, 聞德連, 沙錄昌, 齊懷宇 申請人:冶金工業部包頭稀土研究院