專利名稱：一種同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法
技術領域：
本發明屬于鎂合金材料制備技術領域，具體涉及一種同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法。
背景技術：
在鎂合金中添加0.5-5％鍶，實現合金化，可以有效地細化鎂合金的晶粒，提高合金高溫蠕變抗性和熱裂抗性。Mg-Sr系列鎂合金作為一種性能優良的耐熱鎂合金，是制備輕量化運載工具耐熱零部件制造的理想材料。
向鎂合金中添加合金元素鍶從而制備鎂鍶合金或鎂鍶中間合金的現有方法為對摻法和熔浸還原法。
對摻法制備Mg-Sr合金是將金屬鎂和金屬鍶在熔融狀態下對摻，冷凝后形成Mg-Sr合金。該方法需事先制備金屬鎂和金屬鍶，再重熔對摻，其制造流程長，能耗大，成本高，而且，由于鍶的化學性質十分活潑，熔融狀態下蒸汽壓大，對摻過程中氧化、揮發損失大，金屬鍶收率低，寶貴的鍶資源浪費嚴重。
熔浸還原法制備Mg-Sr合金是將鍶化合物加入鎂熔體，通過熔浸還原向鎂熔體中添加鍶。由于鎂合金的熔煉溫度為600-800℃，在此溫度下，鍶的熔浸還原驅動力較小，鍶化合物的還原率較低，只適用于向鎂合金中添加微量(很難高于0.1％wt)鍶；溫度升高時，鍶熔浸還原驅動力增大，但鍶揮發損失也變大，鍶的利用率也較低(通常不足30％)。因此，熔浸還原法鍶利用率低、經濟性差，不適用于制備Sr含量較高的Mg-Sr合金。
發明內容
本發明針對Mg-Sr合金制備現有方法的不足，提供一種能有效縮短制備工藝流程、提高金屬鍶的收率、降低能耗和制造成本的同槽電解MgO和SrO制備較高鍶含量的Mg-Sr合金的短流程新方法。
本發明的主要內容包括一種同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法，其特征在于以MgO和SrO為合金元素供體，采用電脫氧法析出鎂和鍶獲得Mg-Sr合金，該方法包含以下工藝過程(1)制備固體陰極將MgO 76-99％wt、SrO 0.036-19％wt及助劑0.964-5％wt粉碎至0.03-0.15mm，混合均勻，壓實成塊或球體后燒結而成固體陰極。
(2)制備電解質熔鹽將質量為MgO和SrO總質量3-10倍的金屬鹵化物充分脫水后混合均勻，加入電解槽中，加熱熔融成為電解質熔鹽。
(3)實施電解將固體陰極浸入熔鹽中；將石墨或惰性陽極導入熔鹽，陰極導電體導入固體陰極；電解溫度650-850℃，電解槽工作電壓2.5-4.5V；通直流電電解。
(4)出料完成電解后，除去電解槽內的電解質熔鹽，獲得電解形成的Mg-Sr合金。
本發明中，采用的電解裝置為常規熔鹽電解裝置；制備陽極熔鹽的金屬鹵化物為KCl、NaCl、CaCl2、KF、NaF、CaF2中的一種或幾種的混合物，要求按一定質量比配比的熔鹽熔點低于650℃且電解理論分解電壓大于電解槽工作電壓；用于制備固體陰極的MgO可用在高溫下產生MgO的鎂礦或鎂的化合物代替，SrO可用在高溫下產生SrO的鍶礦或鍶化合物代替，以進一步縮短工藝流程；用于制備固體陰極的助劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鎂等硬脂酸鹽和碳酸鈣中的一種或幾種的混合物；制備的Mg-Sr合金的化學成分為Sr0.05-25％wt，Mg和Sr總量大于99％wt。
本發明采用熔鹽電脫氧法(FFC)將鎂和鍶從鎂和鍶的氧化物中電解脫氧共同析出，得到Mg-Sr合金。該方法與已有技術相比，顯著優勢包括(1)以MgO和SrO或它們的前驅體原料，通過電解還原，直接獲取Mg-Sr合金，工藝流程短，制造成本低；(2)電解溫度低，在此溫度下鎂和鍶的蒸氣壓較小，揮發較少，金屬鎂和鍶的收得率可提高到70-99％，有效避免了鎂和鍶資源浪費；(3)電解的陽極產物為CO2或O2，對環境友好，屬于綠色環保工藝；(4)電解質熔鹽無毒廉價。
具體實施例方式
實施例1(1)制備固體陰極將MgO 785g、SrO 30g及碳酸鈣5g和硬脂酸鎂5g粉碎至0.03-0.10mm，混合均勻，在30MPa壓力下壓實成圓片體后燒結制成固體陰極；(2)制備電解質熔鹽將4Kg質量比為7∶3的CaCl2-NaCl混合物在350℃充分脫水后混合均勻，加入電解槽中，加熱熔融成為電解質熔鹽；(3)實施電解將固體陰極浸入熔鹽中；將石墨陽極導入熔鹽，陰極導電體導入固體陰極；電解溫度650℃，電解槽工作電壓2.5V；通直流電電解；(4)出料完成電解后，除去電解槽內的電解質熔鹽，獲得電解形成的Mg-Sr合金。其化學成分為Sr 25％wt，Mg和Sr總量大于99.5％wt。
實施例2(1)制備固體陰極將MgO含量96％的碳酸鎂礦68.2g、SrO 1.2g及碳酸鈣10g粉碎至0.06-0.11mm，混合均勻，在40MPa壓力下壓實成圓片體后燒結制成固體陰極；(2)制備電解質熔鹽將2.8Kg NaCl在350℃充分脫水后混合均勻，加入電解槽中，加熱熔融成為電解質熔鹽；(3)實施電解將固體陰極浸入熔鹽中；將石墨陽極導入熔鹽，陰極導電體導入固體陰極；電解溫度700℃，電解槽工作電壓3.1V；通直流電電解；
(4)出料完成電解后，除去電解槽內的電解質熔鹽，獲得電解形成的Mg-Sr合金。其化學成分為Sr 0.05％wt，Mg和Sr總量大于99.5％wt。
實施例3(1)制備固體陰極將MgO157g、SrCO3含量98％的碳酸鍶礦10g及3.5g碳酸鈣粉碎至0.09-0.13mm，混合均勻，在35MPa壓力下壓實成圓片體后燒結制成固體陰極；(2)制備電解質熔鹽將1Kg質量比為7∶3的CaCl2-NaCl混合物在350℃充分脫水后混合均勻，加入電解槽中，加熱熔融成為電解質熔鹽；(3)實施電解將固體陰極浸入熔鹽中；將石墨陽極導入熔鹽，陰極導電體導入固體陰極；電解溫度750℃，電解槽工作電壓3.0V；通直流電電解；(4)出料完成電解后，除去電解槽內的電解質熔鹽，獲得電解形成的Mg-Sr合金。其化學成分為Sr 5.0％wt，Mg和Sr總量大于99.5％wt。
實施例4(1)制備固體陰極將MgO含量96％的碳酸鎂礦341g、SrCO3含量98％的碳酸鍶礦10g及13g碳酸鈣粉碎至0.03-0.15mm，混合均勻，在40MPa壓力下壓實成圓片體后燒結制成固體陰極；(2)制備電解質熔鹽將2Kg質量比為1∶2的NaF-KF混合物在350℃充分脫水后混合均勻，加入電解槽中，加熱熔融成為電解質熔鹽；(3)實施電解將固體陰極浸入熔鹽中；將石墨陽極導入熔鹽，陰極導電體導入固體陰極；電解溫度850℃，電解槽工作電壓4.5V；通直流電電解；(4)出料完成電解后，除去電解槽內的電解質熔鹽，獲得電解形成的Mg-Sr合金。其化學成分為Sr 4.3％wt，Mg和Sr總量大于99.5％wt。
權利要求
1.一種同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法，其特征在于以MgO和SrO為合金元素供體，采用電脫氧法析出鎂和鍶獲得Mg-Sr合金，該方法包括以下順序步驟(1)制備固體陰極將MgO 76-99％wt、SrO 0.036-19％wt及助劑0.964-5％wt粉碎至0.03-0.15mm，混合均勻，壓實成塊或球體后燒結而成固體陰極。(2)制備電解質熔鹽將質量為MgO和SrO總質量3-6倍的金屬鹵化物充分脫水后混合均勻，加入電解槽中，加熱熔融成為電解質熔鹽。(3)實施電解將固體陰極浸入熔鹽中；將石墨或惰性陽極導入熔鹽，陰極導電體導入固體陰極；電解溫度650-850℃，電解槽工作電壓2.5-4.5V；通直流電電解。(4)出料完成電解后，除去電解槽內的電解質熔鹽，獲得電解形成的Mg-Sr合金。
2.根據權利要求1所述的同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法，其特征在于所述的金屬鹵化物為KCl、NaCl、CaCl2、KF、NaF、CaF2中的一種或幾種的混合物。
3.根據權利要求1所述的同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法，其特征在于所述的MgO用在高溫下產生MgO的鎂礦或鎂的化合物代替。
4.根據權利要求1所述的同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法，其特征在于所述的SrO用在高溫下產生SrO的鍶礦或鍶化合物代替。
5.根據權利要求1所述的同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法，其特征在于所述的助劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鎂等硬脂酸鹽和碳酸鈣中的一種或幾種的混合物。
6.根據權利要求1所述的同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法，其特征在于制備的Mg-Sr合金中含Sr0.05-25％wt，Mg和Sr總量大于99％wt。
全文摘要
一種同槽電解MgO和SrO制備鎂鍶合金的方法，屬于鎂合金材料制備新技術領域。其特征在于以MgO和SrO為合金元素供體，金屬鹵化物為電解質，采用電脫氧法析出鎂和鍶獲得Mg－Sr合金，電解溫度650－850℃，電解槽工作電壓2.5－4.5V。本發明以MgO和SrO或它們的前驅體原料，通過電解還原，直接獲取Mg－Sr合金，工藝流程比傳統方法大大縮短，且環保性好，制造成本低，經濟性好，制備所得的鎂合金產品為鍶含量0.05－25％wt的高純度Mg－Sr合金。
文檔編號C25C3/00GK101086076SQ200710078628
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月15日 優先權日2007年6月15日
發明者謝衛東, 汪守鋮, 彭曉東 申請人:重慶大學