一种终点成分可控的高品质多元稀土镁合金连续生产方法技术

本发明专利技术公开了一种终点成分可控的高品质多元稀土镁合金连续生产方法，包括下列步骤：S1.将金属镁块加入含稀土氯化物的高温熔体中，加热至熔化，得到液态金属镁和高温熔体组成的两相系统；S2.对步骤S1所得的两相系统进行加热，实现金属镁液的原位还原合金化和精炼高品质化的同时进行；S3.在步骤S2中的反应达到平衡时，通过向熔体中加入氯化镁或金属氟化物，调控合金终点成分；S4.将步骤S3所制备得到的合金取出后，对高温熔体进行氯化镁脱除和稀土氯化物添加处理，重复步骤S1‑S3以实现连续化生产。本发明专利技术可以在相对简单的工艺条件下利用稀土氯化物和金属镁为原料制备得到高品质的多元稀土镁合金，并实现合金终点成分的准确控制。

【技术实现步骤摘要】
一种终点成分可控的高品质多元稀土镁合金连续生产方法
本专利技术涉及金属材料的制备
，具体涉及一种终点成分可控的高品质多元稀土镁合金连续生产方法。
技术介绍
随着汽车、电子、航空航天、军工等行业的迅速发展，对工业产品的节能环保要求不断提高，作为最轻金属结构材料的高性能多元稀土镁合金（目前商业应用的牌号稀土镁合金绝大多数为至少含两种稀土元素以上的多元稀土镁合金）的开发和研究成为当今重要的发展方向。目前，多元稀土镁合金的制备方法有以下几种：（一）对掺法。它是将金属镁和其它各种合金化金属（或中间合金）经过预处理后加入熔炼炉中，在熔剂或气体保护下进行熔炼并搅拌均匀，从而制得镁合金。该方法简单易操作，因而目前在工业上被广泛采用。然而，该方法存在以下问题：（1）工艺路线长。原料粗镁、其它合金化元素单质或中间合金均需要单独进行制备，然后再进行机械混匀；（2）品质控制难。高品质镁合金的制备对原料纯度要求非常高，而原料采购自不同厂家，品质很难控制；（3）宏观偏析严重。粗镁和其它合金化元素单质或中间合金的熔点和密度差异较大，高温下依靠机械搅拌很难混合均匀；（4）高温烧损严重。金属镁和其它合金化元素单质或中间合金在高温下化学性质活泼，极易与空气中的氧、氮和水蒸气反应而导致严重烧损，不仅造成合金终点成分难于控制，而且还会造成很大的安全隐患。（二）电解法。电解法主要包括阴极合金化法和共电沉积法。其中，阴极合金化法是以金属镁或镁合金作为阴极，在熔盐电解质中，在直流电场作用下，金属离子向阴极迁移、扩散，并在阴极上进行电化学还原，阴极上析出的金属与阴极进行合金化，制得所要求的镁合金。共电沉积法是通过电解含无水氯化镁和合金用金属离子的电解质熔盐，共同沉积实现合金化，进而制得镁合金。以上通过电解制备多元稀土镁合金的方法存在以下问题：（1）缺乏有效的过程保护机制。合金化过程还伴随着稀土元素的高温溶解、氧化、稀土与氧化镁交互作用、稀土氯化物水解等过程，严重影响了合金的品质及终点成分控制，造成目前氯化物熔盐电解制备稀土镁合金和稀土金属的电流效率仅在50~70%；（2）缺乏有效的成分调控机制。电解过程中伴随着至少两套还原机制，且熔盐电解质的成分和物理化学性质等都在一直变化，很难通过调控电解参数实现终点成分控制；（3）采用熔炼加精炼的模式以提高合金品质。由于缺乏对过程的有效保护，制备得到的合金还需要进行精炼才能满足要求。然而，精炼过程中稀土元素很容易和精炼剂中的氯化镁发生反应，进一步造成稀土元素的损失和合金成分的变化。随着国家对轻质合金的日益重视，对高性能多元稀土镁合金的低成本制备的需求也日益迫切。通过以上方法的分析可知，目前该类镁合金生产存在如下问题：（1）终点成分控制问题：由于合金制备过程稀土元素氧化烧损严重，且多反应机制同时控制反应过程，导致合金终点成分控制很难；（2）合金品质问题：合金制备过程中稀土元素氧化烧损及精炼剂的夹杂使得合金品质差，严重影响了合金的综合性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供一种终点成分可控的高品质多元稀土镁合金连续生产方法，以金属镁块和稀土氯化物为原料，在相对简单的工艺条件下连续生产高品质多元稀土镁合金，并实现合金终点成分的准确控制。为解决上述技术问题，本专利技术的内容包括：一种终点成分可控的高品质多元稀土镁合金连续生产方法，包括如下步骤：S1.将金属镁块加入含稀土氯化物的高温熔体中，加热至熔化，得到液态金属镁和高温熔体组成的两相系统；S2.对步骤S1所得的两相系统进行加热，实现金属镁液的原位还原合金化和精炼高品质化的同时进行；S3.在步骤S2中的合金化和精炼反应达到平衡时，若合金中稀土含量低于目标值，则向熔体中加入氟化物，将稀土含量向上调整；若合金中稀土含量高于目标值，则向熔体中加入氯化镁，将稀土含量向下调整；S4.将步骤S3所制备得到的合金取出后，对高温熔体进行氯化镁脱除和稀土氯化物添加处理，重复步骤S1-S3以实现连续化生产。S4.将步骤S3所制备得到的合金取出后，先对高温熔体进行氯化镁脱除，再向高温熔体中添加稀土氯化物，然后重复步骤S1-S3，实现多元稀土镁合金的连续化生产。进一步的，所述步骤S1具体包括：在含稀土氯化物的高温熔体温度为652-1000℃、熔体深度与上表面直径之比为0.8-25.5、含稀土氯化物的高温熔体与金属镁的密度差为0.02-0.85g/cm3的条件下，将金属镁块加入稀土氯化物含量为0.5wt.%-17.5wt.%的高温熔体中，将金属镁块加热熔化，得到液态金属镁和高温熔体组成的两相系统。进一步的，所述步骤S1中，金属镁与含稀土氯化物的高温熔体质量比为0.01-1.20。进一步的，所述步骤S1中，整个加热熔化过程中金属镁块和液态金属镁在高温熔体液面下至少35mm。进一步的，所述步骤S1中，含稀土氯化物的高温熔体中还含有氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化钙、氯化钡中的任一种或至少两种的组合。进一步的，所述步骤S2中，将步骤S1所得的液态金属镁和含稀土氯化物的高温熔体组成的两相系统在660-860℃加热0.1-3.8小时，同时进行金属镁液的原位合金化和精炼高品质化。进一步的，所述步骤S2中，加热合金化和精炼过程中，对合金液进行惰性气体喷吹；喷吹条件为：喷头位置在镁液上表面下方10-150mm，喷头在金属液中以1-80cm/s的移动速率径向反复移动，喷吹过程中喷头每秒产生50-1000个直径为0.1-10mm的气泡，高温熔体上方气体压力与大气压力之差为0.002-0.5个大气压。进一步的，所述步骤S3中，当合金中稀土含量低于目标值时加入的氟化物为氟化钾、氟化钠、氟化钐中任一种或至少两种的组合，且加入的氟化物与熔体质量比为0.001-0.2。进一步的，所述步骤S3中，当合金中稀土含量高于目标值时加入的氯化镁与熔体质量比为0.005-0.1。进一步的，所述步骤S4中，熔体中氯化镁采用氟化物添加法或电解法脱除，脱除完毕后熔体中氯化镁含量小于0.1wt.%。本专利技术的有益效果是：采用本专利技术的方法可以利用金属镁和稀土氯化物为原料，通过原位还原合金化和精炼高品质化同步进行，实现高品质多元稀土镁合金的连续制备，从而避免了繁琐的稀土-镁中间合金制备工艺和精炼环节，大大降低了高附加值多元稀土镁合金的生产成本。本专利技术存在以下优点：（1）可实现高品质多元稀土镁合金的连续化生产。金属镁在高温熔体中完成合金化和精炼后，将高温熔体进行氯化镁脱除和稀土氯化物添加处理，使高温熔体恢复到反应前的状态，进而实现连续化生产；（2）终点成分控制准确。本专利技术通过以下三个手段相结合实现合金终点成分的准确控制：（1）利用高温熔体的封闭保护、氯化物蒸气保护（自发产生）以及惰性气体的气氛保护相结合，可以有效控制高温熔体和合金的诸多副反应，成为终点成分控制的基础；（2）合金化和精炼过程仅由一种反应机制控制，使得反应机制大大简化，大大降低了终点成分控制的难度；（3）利用氯化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种终点成分可控的高品质多元稀土镁合金连续生产方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：/nS1. 将金属镁块加入含稀土氯化物的高温熔体中，加热至熔化，得到液态金属镁和高温熔体组成的两相系统；/nS2. 对步骤S1所得的两相系统进行加热，实现金属镁液的原位还原合金化和精炼高品质化的同时进行；/nS3. 在步骤S2中的合金化和精炼反应达到平衡时，若合金中稀土含量低于目标值，则向熔体中加入氟化物，将稀土含量向上调整；若合金中稀土含量高于目标值，则向熔体中加入氯化镁，将稀土含量向下调整；/nS4. 将步骤S3所制备得到的合金取出后，对高温熔体进行氯化镁脱除和稀土氯化物添加处理，重复步骤S1-S3以实现连续化生产。/nS4. 将步骤S3所制备得到的合金取出后，先对高温熔体进行氯化镁脱除，再向高温熔体中添加稀土氯化物，然后重复步骤S1-S3，实现多元稀土镁合金的连续化生产。/n

【技术特征摘要】
1.一种终点成分可控的高品质多元稀土镁合金连续生产方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1.将金属镁块加入含稀土氯化物的高温熔体中，加热至熔化，得到液态金属镁和高温熔体组成的两相系统；
S2.对步骤S1所得的两相系统进行加热，实现金属镁液的原位还原合金化和精炼高品质化的同时进行；
S3.在步骤S2中的合金化和精炼反应达到平衡时，若合金中稀土含量低于目标值，则向熔体中加入氟化物，将稀土含量向上调整；若合金中稀土含量高于目标值，则向熔体中加入氯化镁，将稀土含量向下调整；
S4.将步骤S3所制备得到的合金取出后，对高温熔体进行氯化镁脱除和稀土氯化物添加处理，重复步骤S1-S3以实现连续化生产。
S4.将步骤S3所制备得到的合金取出后，先对高温熔体进行氯化镁脱除，再向高温熔体中添加稀土氯化物，然后重复步骤S1-S3，实现多元稀土镁合金的连续化生产。


2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：在含稀土氯化物的高温熔体温度为652-1000℃、熔体深度与上表面直径之比为0.8-25.5、含稀土氯化物的高温熔体与金属镁的密度差为0.02-0.85g/cm3的条件下，将金属镁块加入稀土氯化物含量为0.5wt.%-17.5wt.%的高温熔体中，将金属镁块加热熔化，得到液态金属镁和高温熔体组成的两相系统。


3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S1中，金属镁与含稀土氯化物的高温熔体质量比为0.01-1.20。


4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S1中，整个...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢旭晨，张志敏，闫岩，傅颖政，王天华，薛立强，李金沙，
申请(专利权)人：河北大有镁业有限责任公司，中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13