铝钪合金的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铝钪合金的制备方法，其在熔盐电解质中，对Sc2O3和Al2O3进行熔盐电解，得到铝钪合金；其中，熔盐电解质包括n NaF·AlF3、ScF3及LiF，n为2～3。上述制备方法，对Sc2O3和Al2O3采用了熔盐电解以制备铝钪合金。其采用的熔盐电解质包括n NaF·AlF3、ScF3及LiF，该熔盐电解质中，n NaF·AlF3是主体成分，ScF3的加入有利于增加Sc2O3、Al2O3的溶解度，从而有利于防止氧化物原料在电解过程中形成沉淀。LiF有利于降低电解质体系粘度，增加电解质体系电导率。因此，利用上述熔盐电解质能够有效提高熔盐电解制备铝钪合金的电流效率和原料利用率。

【技术实现步骤摘要】
铝钪合金的制备方法
本专利技术涉及合金制造
，具体而言，涉及一种铝钪合金的制备方法。
技术介绍
铝钪合金因其优异的强度、塑韧性、耐高温性能、耐腐蚀性能、焊接性能和抗中子辐照损伤性能等广泛应用于航空、航天、核反应堆、船舶、高速列车、汽车等领域。现有制备铝钪合金的方法有三种，分别为对掺法、热还原法和熔盐电解法。对掺法是将金属钪直接加入到铝液中熔合制成，方法简单、钪含量范围宽，但是金属钪价格高，它的熔点与铝的熔点差别大、熔合均匀化难以实现，产品钪分布不均匀。热还原法以含钪化合物为原料，使用活性金属如铝、镁、钙等金属为还原剂高温下发生还原反应制备现铝钪合金，该法工艺简单、钪含量可达30％，但是该法间断操作、时空产率低，废渣量大。熔盐电解法是将含钪化合物和含铝化合物加入到特定的熔盐电解质体系中，在直流电作用下电解制备出铝钪合金，具有可连续生产、时空产率高，过程易于控制、易于实现自动化生产，废渣量小等特点。因此，熔盐电解法是制备铝钪合金的最常用的方法。目前熔盐电解法所采用的熔盐体系一般分为氯化物、氟化物及氟氯化物三大类。氯化物体系以氯化钪为原料，特点是电解温度低、电解质易溶于水方便回收利用；但是无水氯化钪极易吸水导致制备工艺复杂及存储困难、氯化钪易挥发等。氟化物、氟氯化物电解质体系，比如中国专利CN1410599公开了一种电解生产铝钪合金的方法，以钪和铝氧化物为原料，nNaF·AlF3(n在2～3之间)为熔盐电解质体系，可制备出的钪含量为0.1～3％的铝钪合金。然而，该法由于氧化钪溶解度小，导致电解生产过程中氧化物容易在槽底生成沉淀，进而引起原料利用率低、电流效率差的缺陷。原料利用率指的是合金中钪的总量与所加入氧化钪中钪的总量的比值。电流效率指的是电解过程中合金中钪的析出量与理论钪析出量的比值，按以下公式计算：电流效率＝合金中钪析出量/理论钪析出量。原料利用率和电流效率变差将直接导致生产效率、生产成本的增加。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种铝钪合金的制备方法，以解决现有技术中的熔盐电解制备铝钪合金时存在的电解温度高、氧化钪溶解度小的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种铝钪合金的制备方法，其特征在于，在熔盐电解质中，对Sc2O3和Al2O3进行熔盐电解，得到铝钪合金；其中，熔盐电解质包括nNaF·AlF3、ScF3及LiF，n为2～3。进一步地，按重量百分比计，熔盐电解质包括1～50％的ScF3、1～30％的LiF及20～97％的nNaF·AlF3。进一步地，按重量百分比计，熔盐电解质包括5～35％的ScF3、8～20％的LiF及45～86％的nNaF·AlF3。进一步地，熔盐电解质还包括CaF2和/或MgF2；优选地，按重量百分比计，熔盐电解质还包括0.1～10％的CaF2和/或0.1～10％的MgF2。进一步地，Sc2O3和Al2O3的重量比为2～98:2～98。进一步地，熔盐电解的过程中，电解温度为700～1100℃。进一步地，熔盐电解的过程中，阴极电流密度0.5～5A/cm2。进一步地，熔盐电解过程中采用的阴极为液态铝阴极、固态钨阴极或固态钼阴极，采用的阳极为石墨阳极。进一步地，熔盐电解过程中采用的电解槽为石墨槽。进一步地，石墨槽为圆形槽、方形槽或长方形槽，石墨阳极为石墨棒或石墨板。进一步地，铝钪合金中钪的重量百分比为0.1～20％，铝和钪的总重量百分比≥99％。应用本专利技术的技术方案，提供了一种铝钪合金的制备方法，其在熔盐电解质中，对Sc2O3和Al2O3进行熔盐电解，得到铝钪合金；其中，熔盐电解质包括nNaF·AlF3、ScF3及LiF，n为2～3。本专利技术提供的上述制备方法，采用了熔盐电解的方法对Sc2O3和Al2O3进行电解以制备铝钪合金。其采用的熔盐电解质包括nNaF·AlF3、ScF3及LiF，该熔盐电解质中，nNaF·AlF3是主体成分，ScF3的加入有利于增加Sc2O3、Al2O3的溶解度，从而有利于防止氧化物原料在电解过程中形成沉淀。LiF有利于降低电解质体系粘度，增加电解质体系电导率。因此，利用上述熔盐电解质能够有效提高熔盐电解制备铝钪合金的电流效率和原料利用率。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。正如
技术介绍
部分所描述的，现有技术中采用熔盐电解制备铝钪合金时存在电解温度高、氧化钪溶解度小的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种铝钪合金的制备方法，在熔盐电解质中，对Sc2O3和Al2O3进行熔盐电解，得到铝钪合金；其中，熔盐电解质包括nNaF·AlF3、ScF3及LiF，n为2～3。本专利技术提供的上述制备方法，采用了熔盐电解的方法对Sc2O3和Al2O3进行电解以制备铝钪合金。其采用的熔盐电解质包括nNaF·AlF3、ScF3及LiF，该熔盐电解质中，nNaF·AlF3是主体成分，ScF3的加入有利于增加Sc2O3、Al2O3的溶解度，从而有利于防止氧化物原料在电解过程中形成沉淀。LiF有利于降低电解质体系粘度，增加电解质体系电导率。因此，利用上述熔盐电解质能够有效提高熔盐电解制备铝钪合金的电流效率和原料利用率。另外，利用本专利技术的制备方法，铝钪合金的纯度也较高，铝和钪的总重量百分比可以达到99％及以上。上述制备方法中，只要在熔盐电解质中加入ScF3和LiF，就可以改善Sc2O3、Al2O3的溶解度。在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，熔盐电解质包括1～50％的ScF3、1～30％的LiF及20～97％的nNaF·AlF3。将三者的用量关系控制在上述范围内，能够在较低的ScF3含量下(成本较低)使熔盐电解过程中Sc2O3、Al2O3具有更好的溶解度，同时电解温度更低。同时，电解的稳定性更高。更优选地，按重量百分比计，熔盐电解质包括5～35％的ScF3、8～20％的LiF及45～86％的nNaF·AlF3。在一种优选的实施方式中，熔盐电解质还包括CaF2和/或MgF2。这有利于进一步降低熔盐电解过程中的电解温度。优选地，按重量百分比计，熔盐电解质还包括0.1～10％的CaF2和/或0.1～10％的MgF2。实际操作过程中，优选将Sc2O3和Al2O3的混合物少量多次加入至电解体系中，Sc2O3和Al2O3之间的用量也可以根据目标含量进行调整。在一种优选的实施方式中，Sc2O3和Al2O3的重量比为2～98:2～98。将二者的比例设置在上述范围内，能够制得钪重量含量为0.1～20％的铝钪合金。因采用上述熔盐电解质，本专利技术熔盐电解制备铝钪合金的过程本身具有较低的电解温度，为了进一步提高电解稳定性和电流效率，在一种优选的实施方式中，熔盐电解的过程中，电解温度为700～1100℃。电解过程中的具体操作工艺可以进行调整，为了进一步提高电解的稳定性，在一种优选的实施方式中，熔盐电解的过程中，阴极电流密度0.5～5A/cm2。上述熔盐电解过程中，熔盐电解过程中采用的阴极、阳极、电解槽可以是铝电解中常用的类型。在一种优选的实施方式中，上述熔盐电解过程中采用的阴极为液态铝阴极、固态钨阴极或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝钪合金的制备方法，其特征在于，在熔盐电解质中，对Sc2O3和Al2O3进行熔盐电解，得到所述铝钪合金；其中，所述熔盐电解质包括n NaF·AlF3、ScF3及LiF，n为2～3。

【技术特征摘要】
1.一种铝钪合金的制备方法，其特征在于，在熔盐电解质中，对Sc2O3和Al2O3进行熔盐电解，得到所述铝钪合金；其中，所述熔盐电解质包括nNaF·AlF3、ScF3及LiF，n为2～3。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述熔盐电解质包括1～50％的所述ScF3、1～30％的所述LiF及20～97％的所述nNaF·AlF3。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述熔盐电解质包括5～35％的所述ScF3、8～20％的所述LiF及45～86％的所述nNaF·AlF3。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述熔盐电解质还包括CaF2和/或MgF2；优选地，按重量百分比计，所述熔盐电解质还包括0.1～10％的所述CaF2和/或0.1～10％的所述MgF2。5.根据权利要求1至4中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜尚超，王玮玮，陆业大，吕东，孙宁磊，李明川，刘国，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11