一种铝钍合金及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种铝钍合金及其制备方法与应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合氧化铝、氧化钍及电解质，得到混合熔盐；(2)混合熔盐在保护性气体中升温融化后电解，得到铝钍合金。本发明专利技术采用熔盐电解法制备铝钍合金，与传统的铝钍合金制备方法相比，流程短、设备简单、成本低且反应条件易于控制；本发明专利技术所述制备方法可以用在现有铝电解体系中，利用现有200

【技术实现步骤摘要】
一种铝钍合金及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于有色金属电解
，涉及一种合金，尤其涉及一种铝钍合金及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]铝合金具有密度小、比强度高、导电导热性能优良、可加工性好等优点，在航空航天工业、电力工业、汽车制造业、建筑业、食品工业、海洋船舶业等领域得到广泛的应用。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。但现有的铝合金在硬度、韧性和耐热性能方面还有待提高。我国钍资源储量约为28万吨，其在地壳中的丰度约为铅的一半，铀的3到4倍，钍可用来制造合金以提高金属的强度及耐热性。铝钍合金如果按传统制备流程将纯钍金属和纯铝金属按一定比例进行熔炼获得，若采用此种方法，需先制备纯钍和纯铝，二次熔炼损耗大，工艺复杂。氧化钍、氧化铝的价格较为低，通过熔盐电解氧化钍、氧化铝来制备铝钍合金是一个很好的方向，但是氧化钍的熔点为3220℃，钍的熔点1842℃，这导致铝钍合金的制备成本高昂且实验条件要求较高。
[0003]CN1936085A公开了一种低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法，以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质，要求电解质熔点≤800℃，石墨碳素材料或惰性电极为阳极，以固态阴极电解的工艺是间歇式电解，将阴极放在石墨电解槽底部，将电解质放在阴极上部，通电加热，电解质熔化后，将阳极插入熔盐，在大于Al2O3分解电压小于电解质分解电压、极间距≥0.1cm、温度600℃条件下进行熔盐电解，电解至电流低于1.0安培，取出阴极放入熔炼炉内，≥660℃条件下熔化铝后铸锭；以液态铝和Al2O3混合物为阴极电解是连续式电解，温度≥660℃，定期从阴极取出铝，加入Al2O3，电解过程连续进行。但是该方法制备铝合金的硬度及耐热性较差，而且无法制备得到铝钍合金。
[0004]CN104694974A公开了一种铀
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铝合金及其熔盐电解制备方法，所述铀
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铝合金的组成为：Al、Al4U、Al3U和Al2U，其中Al含量为24～70％；U，30～76％。本专利技术还提供一种铀
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铝合金的熔盐电解制备方法，将LiCl
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KCl熔盐加热至熔融；将UO2粉末和AlCl3粉末同时加入熔盐中，使UO2氯化形成UCl4；以铝片为阴极，石墨为阳极，Ag(I)/Ag为参比电极，通过恒电位电解法在阴极上沉积出铀
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铝合金。但是，铀在底壳中的含量稀少，价格昂贵，铀
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铝合金不适于推广使用。
[0005]CN105238942A公开了一种掺杂钍的铝合金及其制备方法。本专利技术所述的掺杂钍的铝合金由以下重量份组份组成：铝150重量份、氢化镁5重量份、镍5重量份、钍1
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2重量份、氟钛酸钠0.6重量份。制备时，包括以下步骤：1)在熔炼炉中加入150重量份铝，加热至完全熔化，形成铝液；2)向步骤1)的铝液中，依次加入5重量份氢化镁、5重量份镍、1
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2重量份钍、0.6重量份氟钛酸钠，加热至完全熔化，混匀，得到混合液体；3)将步骤2)得到的混合液体在560℃条件下静置11小时，之后转入铸件的铸模中进行铸造。但是纯钍金属的制备难度较高，制备成本也较高，该掺杂钍的铝合金无法大规模推广使用。
[0006]目前公开的铝合金都有一定的缺陷，存在硬度和耐热性能较低的问题，且通过掺杂钍制备的钍合金的制备成本较高，实验条件要求较高。因此，开发一种成本低且实验条件简单的制备方法来制备一种具有较高硬度及较强耐热性能的铝钍合金至关重要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种铝钍合金及其制备方法与应用，本专利技术采用熔盐电解法制备铝钍合金，与传统的铝钍合金制备方法相比，流程短、设备简单、成本低且反应条件易于控制；本专利技术所述制备方法可以用在现有铝电解体系中，利用现有200
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500KA的铝电解槽，按一定浓度添加氧化钍与电解质，可在不更改现有铝电解槽结构和设施的前提下，连续化生产铝钍合金，易于实现工业推广应用。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种铝钍合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)混合氧化铝、氧化钍及电解质，得到混合熔盐；
[0011](2)混合熔盐在保护性气体中升温融化后电解，得到铝钍合金。
[0012]本专利技术提供了一种铝钍合金的制备方法，所述制备方法采用熔盐电解法制备铝钍合金，与传统的铝钍合金制备方法相比，流程短、设备简单、成本低、反应条件易于控制；本专利技术所述制备方法可以用在现有铝电解体系中，利用现有200
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500KA的铝电解槽，按一定浓度添加氧化钍与电解质，可在不更改现有铝电解槽结构和设施的前提下，连续化生产铝钍合金，易于实现工业推广应用。
[0013]优选地，所述电解质包括六氟铝酸钠与氟化盐。
[0014]优选地，所述氟化盐包括氟化铝、氟化钍、氟化钙、氟化镁或氟化锂中至少两种的组合，例如可以是氟化铝和氟化钍的组合、氟化钍和氟化钙的组合，氟化钙和氟化镁的组合，氟化镁和氟化锂的组合，氟化铝、氟化钍和氟化钙的组合，或氟化铝、氟化钍、氟化钙和氟化镁的组合。
[0015]优选地，所述氟化盐包括氟化钍，以及氟化铝、氟化钙、氟化镁或氟化锂中的至少一种，例如可以是氟化钍和氟化铝的组合，氟化钍和氟化钙的组合，氟化钍和氟化镁的组合，氟化钍和氟化锂的组合，或氟化钍、氟化铝和氟化钙的组合。
[0016]优选地，以重量份计，所述混合熔盐包括：
[0017][0018]本专利技术中限定了混合熔盐中氧化铝含量为2
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15份，例如可以是2份、4份、6份、8份、10份、12份、14份或15份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；当氧化铝的含量过低时，混合熔盐中铝离子的含量较低，这会导致铝离子的还原变难，阴极电流效率降低；当氧化铝的含量过高时，混合熔盐中铝离子的含量过高，钍离子难以沉积，这会导致铝钍合金中钍离子含量过低，从而影响铝钍合金的性能。
[0019]本专利技术中限定了混合熔盐中氧化钍的含量为2
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15份，例如可以是2份、4份、6份、8
份、10份、12份、14份或15份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；当氧化钍的含量过低时，混合熔盐中钍离子含量较低，这会导致铝钍金属中钍的含量过低，从而影响铝钍金属的性能；当氧化钍的含量过高时，会导致阴极电流效率的降低。
[0020]本专利技术中限定了混合熔盐中六氟铝酸钠的含量为60
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85份，例如可以是60份、65份、70份、75份、80份或85份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]本专利技术中限定了混合熔盐中氟化盐的含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝钍合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合氧化铝、氧化钍及电解质，得到混合熔盐；(2)混合熔盐在保护性气体中升温融化后电解，得到铝钍合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解质包括六氟铝酸钠与氟化盐；优选地，所述氟化盐包括氟化铝、氟化钍、氟化钙、氟化镁或氟化锂中至少两种的组合；优选地，所述氟化盐包括氟化钍，以及氟化铝、氟化钙、氟化镁或氟化锂中的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，所述混合熔盐包括：4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所得混合熔盐升温融化前进行烘干；优选地，所述烘干的温度为100
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600℃，时间为1
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20h。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述升温融化包括依次进行的升温和保温处理；优选地，所述升温的速率为1
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10℃/min；优选地，所述升温的终点温度为900
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1000℃；优选地，所述保温处理的温度为升温的终点温度；优选地，所述保温处理的时间为1
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20h；优选地，所述保护性气体包括氮气和/或惰性气体。6.根据权利要求1
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电解的阴极包括钨、钼或石墨中的任意一种；优选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖伍平，黄亚斌，邝圣庭，邓必成，况王强，郭兰玉，
申请(专利权)人：中国科学院江西稀土研究院，
类型：发明
国别省市：