专利名称：一种同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法
技术领域：
本发明属于镁合金材料制备技术领域，具体涉及一种同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法。
背景技术：
在镁合金中添加0.5-5％锶，实现合金化，可以有效地细化镁合金的晶粒，提高合金高温蠕变抗性和热裂抗性。Mg-Sr系列镁合金作为一种性能优良的耐热镁合金，是制备轻量化运载工具耐热零部件制造的理想材料。
向镁合金中添加合金元素锶从而制备镁锶合金或镁锶中间合金的现有方法为对掺法和熔浸还原法。
对掺法制备Mg-Sr合金是将金属镁和金属锶在熔融状态下对掺，冷凝后形成Mg-Sr合金。该方法需事先制备金属镁和金属锶，再重熔对掺，其制造流程长，能耗大，成本高，而且，由于锶的化学性质十分活泼，熔融状态下蒸汽压大，对掺过程中氧化、挥发损失大，金属锶收率低，宝贵的锶资源浪费严重。
熔浸还原法制备Mg-Sr合金是将锶化合物加入镁熔体，通过熔浸还原向镁熔体中添加锶。由于镁合金的熔炼温度为600-800℃，在此温度下，锶的熔浸还原驱动力较小，锶化合物的还原率较低，只适用于向镁合金中添加微量(很难高于0.1％wt)锶；温度升高时，锶熔浸还原驱动力增大，但锶挥发损失也变大，锶的利用率也较低(通常不足30％)。因此，熔浸还原法锶利用率低、经济性差，不适用于制备Sr含量较高的Mg-Sr合金。
发明内容
本发明针对Mg-Sr合金制备现有方法的不足，提供一种能有效缩短制备工艺流程、提高金属锶的收率、降低能耗和制造成本的同槽电解MgO和SrO制备较高锶含量的Mg-Sr合金的短流程新方法。
本发明的主要内容包括一种同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法，其特征在于以MgO和SrO为合金元素供体，采用电脱氧法析出镁和锶获得Mg-Sr合金，该方法包含以下工艺过程(1)制备固体阴极将MgO 76-99％wt、SrO 0.036-19％wt及助剂0.964-5％wt粉碎至0.03-0.15mm，混合均匀，压实成块或球体后烧结而成固体阴极。
(2)制备电解质熔盐将质量为MgO和SrO总质量3-10倍的金属卤化物充分脱水后混合均匀，加入电解槽中，加热熔融成为电解质熔盐。
(3)实施电解将固体阴极浸入熔盐中；将石墨或惰性阳极导入熔盐，阴极导电体导入固体阴极；电解温度650-850℃，电解槽工作电压2.5-4.5V；通直流电电解。
(4)出料完成电解后，除去电解槽内的电解质熔盐，获得电解形成的Mg-Sr合金。
本发明中，采用的电解装置为常规熔盐电解装置；制备阳极熔盐的金属卤化物为KCl、NaCl、CaCl2、KF、NaF、CaF2中的一种或几种的混合物，要求按一定质量比配比的熔盐熔点低于650℃且电解理论分解电压大于电解槽工作电压；用于制备固体阴极的MgO可用在高温下产生MgO的镁矿或镁的化合物代替，SrO可用在高温下产生SrO的锶矿或锶化合物代替，以进一步缩短工艺流程；用于制备固体阴极的助剂为硬脂酸锌、硬脂酸镁等硬脂酸盐和碳酸钙中的一种或几种的混合物；制备的Mg-Sr合金的化学成分为Sr0.05-25％wt，Mg和Sr总量大于99％wt。
本发明采用熔盐电脱氧法(FFC)将镁和锶从镁和锶的氧化物中电解脱氧共同析出，得到Mg-Sr合金。该方法与已有技术相比，显著优势包括(1)以MgO和SrO或它们的前驱体原料，通过电解还原，直接获取Mg-Sr合金，工艺流程短，制造成本低；(2)电解温度低，在此温度下镁和锶的蒸气压较小，挥发较少，金属镁和锶的收得率可提高到70-99％，有效避免了镁和锶资源浪费；(3)电解的阳极产物为CO2或O2，对环境友好，属于绿色环保工艺；(4)电解质熔盐无毒廉价。
具体实施例方式
实施例1(1)制备固体阴极将MgO 785g、SrO 30g及碳酸钙5g和硬脂酸镁5g粉碎至0.03-0.10mm，混合均匀，在30MPa压力下压实成圆片体后烧结制成固体阴极；(2)制备电解质熔盐将4Kg质量比为7∶3的CaCl2-NaCl混合物在350℃充分脱水后混合均匀，加入电解槽中，加热熔融成为电解质熔盐；(3)实施电解将固体阴极浸入熔盐中；将石墨阳极导入熔盐，阴极导电体导入固体阴极；电解温度650℃，电解槽工作电压2.5V；通直流电电解；(4)出料完成电解后，除去电解槽内的电解质熔盐，获得电解形成的Mg-Sr合金。其化学成分为Sr 25％wt，Mg和Sr总量大于99.5％wt。
实施例2(1)制备固体阴极将MgO含量96％的碳酸镁矿68.2g、SrO 1.2g及碳酸钙10g粉碎至0.06-0.11mm，混合均匀，在40MPa压力下压实成圆片体后烧结制成固体阴极；(2)制备电解质熔盐将2.8Kg NaCl在350℃充分脱水后混合均匀，加入电解槽中，加热熔融成为电解质熔盐；(3)实施电解将固体阴极浸入熔盐中；将石墨阳极导入熔盐，阴极导电体导入固体阴极；电解温度700℃，电解槽工作电压3.1V；通直流电电解；
(4)出料完成电解后，除去电解槽内的电解质熔盐，获得电解形成的Mg-Sr合金。其化学成分为Sr 0.05％wt，Mg和Sr总量大于99.5％wt。
实施例3(1)制备固体阴极将MgO157g、SrCO3含量98％的碳酸锶矿10g及3.5g碳酸钙粉碎至0.09-0.13mm，混合均匀，在35MPa压力下压实成圆片体后烧结制成固体阴极；(2)制备电解质熔盐将1Kg质量比为7∶3的CaCl2-NaCl混合物在350℃充分脱水后混合均匀，加入电解槽中，加热熔融成为电解质熔盐；(3)实施电解将固体阴极浸入熔盐中；将石墨阳极导入熔盐，阴极导电体导入固体阴极；电解温度750℃，电解槽工作电压3.0V；通直流电电解；(4)出料完成电解后，除去电解槽内的电解质熔盐，获得电解形成的Mg-Sr合金。其化学成分为Sr 5.0％wt，Mg和Sr总量大于99.5％wt。
实施例4(1)制备固体阴极将MgO含量96％的碳酸镁矿341g、SrCO3含量98％的碳酸锶矿10g及13g碳酸钙粉碎至0.03-0.15mm，混合均匀，在40MPa压力下压实成圆片体后烧结制成固体阴极；(2)制备电解质熔盐将2Kg质量比为1∶2的NaF-KF混合物在350℃充分脱水后混合均匀，加入电解槽中，加热熔融成为电解质熔盐；(3)实施电解将固体阴极浸入熔盐中；将石墨阳极导入熔盐，阴极导电体导入固体阴极；电解温度850℃，电解槽工作电压4.5V；通直流电电解；(4)出料完成电解后，除去电解槽内的电解质熔盐，获得电解形成的Mg-Sr合金。其化学成分为Sr 4.3％wt，Mg和Sr总量大于99.5％wt。
权利要求
1.一种同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法，其特征在于以MgO和SrO为合金元素供体，采用电脱氧法析出镁和锶获得Mg-Sr合金，该方法包括以下顺序步骤(1)制备固体阴极将MgO 76-99％wt、SrO 0.036-19％wt及助剂0.964-5％wt粉碎至0.03-0.15mm，混合均匀，压实成块或球体后烧结而成固体阴极。(2)制备电解质熔盐将质量为MgO和SrO总质量3-6倍的金属卤化物充分脱水后混合均匀，加入电解槽中，加热熔融成为电解质熔盐。(3)实施电解将固体阴极浸入熔盐中；将石墨或惰性阳极导入熔盐，阴极导电体导入固体阴极；电解温度650-850℃，电解槽工作电压2.5-4.5V；通直流电电解。(4)出料完成电解后，除去电解槽内的电解质熔盐，获得电解形成的Mg-Sr合金。
2.根据权利要求1所述的同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法，其特征在于所述的金属卤化物为KCl、NaCl、CaCl2、KF、NaF、CaF2中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法，其特征在于所述的MgO用在高温下产生MgO的镁矿或镁的化合物代替。
4.根据权利要求1所述的同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法，其特征在于所述的SrO用在高温下产生SrO的锶矿或锶化合物代替。
5.根据权利要求1所述的同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法，其特征在于所述的助剂为硬脂酸锌、硬脂酸镁等硬脂酸盐和碳酸钙中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法，其特征在于制备的Mg-Sr合金中含Sr0.05-25％wt，Mg和Sr总量大于99％wt。
全文摘要
一种同槽电解MgO和SrO制备镁锶合金的方法，属于镁合金材料制备新技术领域。其特征在于以MgO和SrO为合金元素供体，金属卤化物为电解质，采用电脱氧法析出镁和锶获得Mg－Sr合金，电解温度650－850℃，电解槽工作电压2.5－4.5V。本发明以MgO和SrO或它们的前驱体原料，通过电解还原，直接获取Mg－Sr合金，工艺流程比传统方法大大缩短，且环保性好，制造成本低，经济性好，制备所得的镁合金产品为锶含量0.05－25％wt的高纯度Mg－Sr合金。
文档编号C25C3/00GK101086076SQ200710078628
公开日2007年12月12日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者谢卫东, 汪守铖, 彭晓东 申请人:重庆大学