專利名稱：制造鎂合金材料的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造鎂合金材料的方法及其設(shè)備，尤其是指一種以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備，其是一種在大氣環(huán)境下，即可制備富鋰含量的鎂-鋰合金，不需手套箱、不需真空熔煉爐的方法。此外，以本發(fā)明的方法制備后，材料即為板狀，后續(xù)只需簡(jiǎn)單壓延，即可成為組織微細(xì)均勻的鎂-鋰-鋁-鋅合金。
背景技術(shù)：
鎂的密度為1.7g/cm3，具有質(zhì)輕、高比強(qiáng)度、散熱性佳、再回收性佳等優(yōu)點(diǎn)，為目前符合環(huán)保跟輕量化趨勢(shì)的結(jié)構(gòu)用材料，但因?yàn)樗慕Y(jié)晶結(jié)構(gòu)的關(guān)系，其為六方最密堆積結(jié)構(gòu)(HCP)，使得鎂合金在室溫的延展性不佳、塑性加工能力也比較差，也使其應(yīng)用受到了限制。也就是說(shuō)，一般常見(jiàn)的材料如碳鋼(例如，汽車板金)、鋁合金(例如，鋁板的成型，有些車體結(jié)構(gòu)以鋁合金進(jìn)行成型)，這些材料因具備良好的塑性變形能力，應(yīng)用廣泛。
地殼中有2.7％的鎂；主要分布于白云石、菱鎂礦、光鹵石三種礦石及海水(含0.13％鎂)。目前生產(chǎn)鎂金屬有兩種基本工藝，一種為電解法(電解無(wú)水氯化鎂)；另一種為熱還原法(加熱還原氧化鎂)，又稱鐵硅工藝(Magnetherm or Pidgeon Process)。
在空氣中加熱，鎂會(huì)快速氧化，這種氧化在焊接時(shí)會(huì)抑止鎂潮濕和流動(dòng)，因?yàn)檫@種原因，所以在溫度提高時(shí)要加入保護(hù)氣體。另外，粉末狀的鎂易自燃，在加工或制造時(shí)需特別注意。
最常見(jiàn)的鎂的合金元素為鋁(Al)、鋅(Zn)與錳(Mn)。合金的基本原理如下鋁(Al)添加3-10％時(shí)其硬度與強(qiáng)度隨添加比例增加而增加。鎂鑄件含5-10％鋁時(shí)對(duì)熱處理有較佳的響應(yīng)。
錳(Mn)添加少量可改善腐蝕阻抗，對(duì)機(jī)械性質(zhì)效應(yīng)極少。
鋅(Zn)最多達(dá)3％的合金，可改善強(qiáng)度與鹽水腐蝕。鎂-鋅-鋯合金可含6％的鋅提供高強(qiáng)度與良好延展性。
稀土元素或釷(Th)中高溫需求強(qiáng)度與潛變時(shí)添加此類元素，合金中通常一并加入鋅與鋯。
銀(Ag)若高溫強(qiáng)度需求時(shí)添加，同時(shí)并可添加稀土元素(E)、釷(H)與鋯(Zr)。
鎂合金的問(wèn)題之一就是塑性成型性不佳。既然如此，為何仍要發(fā)展鎂合金？主要原因在于“輕”。它的密度是鋁的2/3，鐵的1/5。若應(yīng)用于車體結(jié)構(gòu)，可有希望節(jié)省能源(根據(jù)研究，90％的汽油都被用來(lái)推動(dòng)車體的重量)。所以接下來(lái)的問(wèn)題就是哪一種鎂合金具有較好的延展性，這個(gè)問(wèn)題的答案并非本發(fā)明的重點(diǎn)，因?yàn)榇蠹叶家阎来鸢?，它就是鎂-鋰合金，即在鎂里面添加大量的鋰，鋰是最活潑的固態(tài)金屬之一，將純鋰置于空氣中，將立刻燃燒。
近年來(lái)鎂合金成型加工的技術(shù)成了大家研究的重點(diǎn)。根據(jù)前人的研究，在鎂合金中的鋰含量多于5.7wt％(重量百分比)時(shí)，可提升鎂-鋰合金的延展性；當(dāng)然，鋰含量愈高，材料的延性也愈佳。同時(shí)，由于鋰的密度有0.54g/cm3，因此，鎂-鋰合金的密度隨鋰含量的添加而更加輕盈。
以下先說(shuō)明傳統(tǒng)的方法，再說(shuō)明本發(fā)明的方法。在傳統(tǒng)的制造工藝上，鎂-鋰-鋁-鋅合金是由真空熔煉方法得到；首先要在手套箱中將定量的純鋰金屬由油中取出清洗干凈。其中，手套箱里面不含氧，以避免鋰燃燒。再將鋰投入有氬氣循環(huán)的真空熔爐中，熔爐中是熔融態(tài)的鎂-鋁-鋅合金，工作溫度大約是800℃，因此工藝的繁雜、產(chǎn)量不高及設(shè)備成本昂貴。經(jīng)上述方法制作的鎂-鋰合金，需經(jīng)過(guò)繁復(fù)的擠形與壓延，才能成為板狀的鎂-鋰合金。
另外，有如中國(guó)臺(tái)灣TW 574376專利案高延展性鎂合金材料制造方法。該發(fā)明提供了一種高延展性鎂合金材料的制造方法，制造提供可在室溫下進(jìn)行塑性變形加工的鎂合金材料，工藝為將含鋰及其它合金元素的鎂合金材料，在真空熔煉爐或通惰性氣體保護(hù)爐中，熔解后澆鑄成鑄錠，再以擠制或軋延方式制作成素材，該高延展性鎂合金素材在常溫下即擁有極佳的塑性變形能力，完全改善傳統(tǒng)商用鎂合金在室溫下成型性不足的缺憾，可作為車輛、3C、家電、OA...等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組件。
如日本專利公告號(hào)01-142041提供了一種鎂-鋰合金加壓燒結(jié)的制造方法(MANUFACTURE OF SINTERED COMPACT OF MAGNESIUM-LITHIUM ALLOY)。該發(fā)明是添加鎂粉末至鎂-鋰合金粉末中，該合金粉末有高含量的鋰成分，以形成所要求的組成比例的粉末混合體，經(jīng)加壓成型后再置入鈍氣環(huán)境中燒結(jié)，最后成為鎂-鋰合金。該發(fā)明以鑄造法或電解法來(lái)制備鋰粉末，是一種可獲得特定強(qiáng)度的鎂-鋰合金的制造方法。
如日本專利公告號(hào)2001-040445提供了一種鎂合金鍛制品和其制造方法(FORGED ARTICLE OF MAGNESIUM ALLOY AND METHOD FOR FORGING MAGNESIUMALLOY)，該發(fā)明是關(guān)于一種改善一種三元合金的模塑性和可鍛性的方法。所述合金成分包含6至10.5％的鋰，4至9％的鋅，其它成分為鎂和少數(shù)雜質(zhì)。其中，α相的鎂與其它雜質(zhì)混合β相的鋰后，該合金需先預(yù)熱至300℃左右；接著，在模具內(nèi)加熱至100至250℃，再予加壓成型。該發(fā)明強(qiáng)調(diào)可獲得室溫時(shí)，具有優(yōu)異的強(qiáng)度和抗腐蝕性。
如上所述，目前國(guó)內(nèi)外專利中，尚沒(méi)有關(guān)于以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備的發(fā)明，本發(fā)明是首創(chuàng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就在于在大氣環(huán)境下，安全地制備鎂-鋰合金，并將鋰添加于鎂之中。
在正常操作條件下，許多鎂合金在非工業(yè)空氣中的抗蝕性比普遍的金屬好，與鋁合金相當(dāng)，灰色的氧氣膜表面常容易被破壞。為了得到最大的抗蝕性，可使用化學(xué)表面處理和涂裝，當(dāng)鎂合金和其金屬接觸時(shí)電流腐蝕是很嚴(yán)重的，這些可由正確的設(shè)計(jì)、小心選用鎂合金接觸的金屬和隔絕不同的金屬來(lái)解決。某些鎂合金對(duì)于應(yīng)力腐蝕是敏感的，所以必須小心周遭的環(huán)境。
本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的設(shè)備，是使用鎂-鋁-鋅合金作為陰極，而不是用純鎂。鎂表面的氧化層在高溫時(shí)會(huì)再結(jié)晶，并且變薄，與鋁的氧化層比較它更容易破碎，氧化鎂(MgO)難溶解于液體和固體的鎂，二氮化鎂(MgN2)相對(duì)地不穩(wěn)定且容易分解在水氣當(dāng)中。
一方面，本發(fā)明提供了一種制造鎂合金材料的設(shè)備，其為一電解槽；該電解槽包含一槽體，包覆于電解槽外；一鋁層，為電解槽的內(nèi)層；一支撐板，置于鋁層內(nèi)的底部；一鋼制燒杯，連設(shè)于支撐板上；一玻璃燒杯，置于鋼制燒杯內(nèi)；該玻璃燒杯內(nèi)置有電解液，該電解液由氯化鋰與氯化鉀所組成；一加熱器；一熱電偶，置于玻璃燒杯內(nèi)；一陽(yáng)極，置于玻璃燒杯內(nèi)，該陽(yáng)極優(yōu)選為石墨電極且其表面具有多個(gè)孔洞；一陰極，為鎂-鋁-鋅合金材料，置于玻璃燒杯內(nèi)。
另一方面，本發(fā)明提供了一種鎂合金材料的制造方法，其步驟包含a.在一電解槽中，組設(shè)一陽(yáng)極、一陰極，并置入電解液于槽中；以石墨電極為陽(yáng)極，鎂-鋁-鋅合金材料為陰極；所述電解液可為氯化鋰與氯化鉀所組成；b.設(shè)定一工作電壓和一溫度，經(jīng)過(guò)一電解時(shí)間后，在陰極上會(huì)有一種鎂合金材料層積；c.將層積的鎂合金材料，經(jīng)過(guò)一系列熱處理以得到所需的材質(zhì)；d.將經(jīng)過(guò)熱處理方法得到的鎂合金材料，再予以壓延加工以得到所需形狀的鎂合金材料。
其中，步驟c中可將層積的鎂合金材料，藉由電解擴(kuò)散法，使鋰擴(kuò)散到陰極材料內(nèi)，接著再進(jìn)行一系列熱處理。所述一系列熱處理，包含均質(zhì)化處理、壓延、退火處理及時(shí)效處理；最后，可得到晶粒尺寸均勻，且大小約為10-20微米左右的β相的材質(zhì)的鎂合金材料。
利用本發(fā)明的方法，在電壓為4.2V，電解時(shí)間為一小時(shí)時(shí)，可以得到富鋰的β相(full charge)且具高鋰含量13.6wt％、低鈉0.0117wt％跟鉀0.121wt％含量的鎂-鋰-鋁-鋅合金。陰極可得到約300微米的晶粒尺寸，其中心為針狀α相跟灰色β相基地混和的α+β相的材質(zhì)的鎂合金材料。
經(jīng)發(fā)明人長(zhǎng)時(shí)間在國(guó)內(nèi)外各種公開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索及查詢的結(jié)果，對(duì)于本發(fā)明以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)相同或類似的技術(shù)特征公開(kāi)，所以本發(fā)明對(duì)產(chǎn)業(yè)界可說(shuō)是非常重要，而對(duì)相關(guān)的研究也是開(kāi)創(chuàng)的先驅(qū)。
本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備，其特點(diǎn)如下所述1.在大氣環(huán)境下，即可制備高鋰含量的鎂-鋰合金。不需手套箱、不需真空熔煉爐。
2.以本發(fā)明的方法制備后，將陰極直接制成所需的形狀，如板材，該材料即為板狀。后續(xù)只需簡(jiǎn)單壓延，即可成為組織微細(xì)均勻的鎂-鋰-鋁-鋅合金板材。


圖1為本發(fā)明的電解槽結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明具體實(shí)施的500℃下電流電壓的相對(duì)關(guān)系的示意圖。
圖3a-圖3e為本發(fā)明具體實(shí)施例的鎂-鋰-鋁-鋅合金，分別在電壓3.4V(圖3a)、3.6V(圖3b)、3.8V(圖3c)、4V(圖3d)、4.2V(圖3e)的金相圖。
圖4為本發(fā)明具體實(shí)施的X光衍射分析儀(XRD)分別在(a)3.4V、(b)3.6V、(c)3.8V、(d)4V、(e)4.2V的頻譜的示意圖。
圖5為本發(fā)明具體實(shí)施的X光衍射分析儀(XRD)分別在(a)電解前、(b)電解后的頻譜的示意圖。
圖6a-圖6c為本發(fā)明具體實(shí)施例的鋰(圖6a)、鈉(圖6b)、鉀(圖6c)的元素含量分析(ICP)的示意圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施電解后的鎂-鋰-鋁-鋅合金的金相圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施電解后經(jīng)過(guò)熱處理與壓延的金相圖。
圖9為本發(fā)明的鎂-鋰-鋁-鋅合金(鋰含量約13-14％)與一般鎂-鋁-鋅合金的延伸率比較的示意圖。其中，a表示材料內(nèi)不含Li的Mg合金，其塑性變形量低，在3％左右；b表示以本發(fā)明的方法制作的Mg-Li合金，塑性變形量可達(dá)22％。
圖10為本發(fā)明的擴(kuò)散層與時(shí)間的相對(duì)關(guān)系的示意圖。
圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明1電解槽 11槽體 12鋁層 13支撐板 14鋼制燒杯15玻璃燒杯 16加熱器17頂蓋 18熱電偶 19電解液191陽(yáng)極 192陰極 193支撐架 194氧化鋁管 195干燥氣體具體實(shí)施方式
本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金及其設(shè)備的具體工作溫度為500℃，藉由施加一直流電壓，可在陰極192上直接沉積鋰金屬。由于在高溫環(huán)境下，這些鋰金屬擴(kuò)散入陰極材料內(nèi)，而形成性質(zhì)穩(wěn)定的鎂-鋰-鋁-鋅合金。其電流電壓的相對(duì)關(guān)系，如圖2所示。
利用本發(fā)明的設(shè)備以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金時(shí)，電解槽1內(nèi)需吹入干燥的氣體，如圖1所示，使得電解液19得到攪拌，可以使離子濃度均勻，實(shí)時(shí)補(bǔ)充陰極處因電解沉積所減少的金屬離子。
本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備中，是使用鎂-鋁-鋅合金作為陰極192，而不是使用純鎂。
石墨電極作為陽(yáng)極191，如圖1所示，陽(yáng)極191表面需鉆孔以增加陽(yáng)極191的表面積，因?yàn)椴挥煤汶娢粌x的一般電解反應(yīng)中，希望輔助電極(陽(yáng)極191)的面積要比研究電極(陰極192)的面積大100倍以上，使得外部所加的極化主要作用于研究電極(陰極192)上。
前電解處理—施加一固定電壓2.5V，持續(xù)時(shí)間為一個(gè)小時(shí)，此方法的目的是為了去除電解液19中的氫氧根離子，因?yàn)橛醒芯恐赋鰵溲醺x子會(huì)影響電解液19的性質(zhì)。
本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備有別于一般電解法，一般熔融鹽類電解法僅在陰極192層積純金屬。而本發(fā)明的特點(diǎn)在于純鋰不但層積于陰極192，且因高溫而擴(kuò)散進(jìn)入陰極192內(nèi)，形成所需的鎂-鋰合金。
實(shí)施例一本發(fā)明以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金及其設(shè)備是以1.5毫米(mm)厚的鎂-鋁-鋅合金薄板作為陰極192，溫度為500℃，工作電壓為3V-4.2V，電解時(shí)間為一小時(shí)，其電流電壓的相對(duì)關(guān)系，如圖2所示。
薄板的形狀可依所欲制造的產(chǎn)品的形狀決定，其可為板狀或其它幾何形狀。本發(fā)明以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金及其設(shè)備在電解槽中制作的工件，可以直接產(chǎn)生所要求的外觀，省去后續(xù)的加工步驟，對(duì)產(chǎn)業(yè)界而言，非常重要。
鋰擴(kuò)散到鎂-鋁-鋅合金與其形成鎂-鋰-鋁-鋅合金的情形可由圖3a-圖3e觀察到，圖3a-圖3e為使用光學(xué)顯微鏡(OM)拍攝的金相圖，顯示鋰擴(kuò)散到鎂-鋁-鋅合金與其形成鎂-鋰-鋁-鋅合金，分別在電壓3.4V(圖3a)、3.6V(圖3b)、3.8V(圖3c)、4V(圖3d)、4.2V(圖3e)的情形?？梢杂^察到，隨著電壓的升高，電解時(shí)間固定為一個(gè)小時(shí)，在電壓為4V跟4.2V時(shí)可以得到具有富鋰β相(Full Charge)的鎂-鋰-鋁-鋅合金。
經(jīng)由X光衍射分析儀(XRD)分析，鎂、體心立方(BCC)鎂、鋁鋰合金于500℃，1小時(shí)，分別在(a)3.4V、(b)3.6V、(c)3.8V、(d)4V、(e)4.2V的頻譜，如圖4所示。
鎂、體心立方(BCC)鎂即β相、鋁鋰合金在電解前后的差異的比較，經(jīng)由X光衍射分析儀(XRD)分析，顯示分別在(a)電解前、(b)電解擴(kuò)散后完全為富鋰β相(full charge)試片的射譜，如圖5所示，顯示材料由原先的α相Mg(低延性)完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪噫V(即BCC鎂，具高延性)。
在固定時(shí)間下，工作電壓越高，鋰金屬擴(kuò)散到鎂-鋁-鋅合金陰極192，得到鎂-鋰-鋁-鋅合金的速度越快，溫度在500℃時(shí)氯化鉀、氯化鋰和氯化鈉的理論分解電壓為3.755V、3.646V和3.519V。
當(dāng)工作電壓超過(guò)氯化鋰、氯化鉀、氯化鈉的解離電壓時(shí)，鎂-鋰-鋁-鋅合金中的鋰、鉀、鈉含量應(yīng)該會(huì)隨著電壓升高而升高。但是經(jīng)過(guò)元素含量分析(ICP)后，如圖6a-圖6c所示，鋰含量隨著電壓升高而升高，在4.2V時(shí)有最高值(圖6a)。但是鈉(圖6b)跟鉀(圖6c)含量在3.8V之前是隨著電壓上升而上升，而在3.8V之后卻是隨著電壓上升而下降。所以在電壓為4.2V，電解時(shí)間為一小時(shí)，可使整個(gè)陰極皆為富鋰的β相(fullcharge)且具高鋰含量13.6wt％，低鈉(0.0117wt％)跟鉀(0.121wt％)含量的鎂-鋰-鋁-鋅合金。
實(shí)施例二以厚度3毫米(mm)的鎂-鋁-鋅合金板材作為陰極192，溫度為500℃，工作電壓剛開(kāi)始為4.2V，電解時(shí)間為一個(gè)半小時(shí)，然后工作電壓降至4.0V，電解時(shí)間為四個(gè)小時(shí)，最后工作電壓降至3.6V，電解時(shí)間為半個(gè)小時(shí)。由圖7以看出經(jīng)過(guò)電解后得到富鋰β相(full charge)的鎂-鋰-鋁-鋅合金，由其金相觀察到兩旁為粗大柱狀β相，晶粒尺寸約300微米，中心為針狀α相跟灰色β相基地混和的α+β相，經(jīng)過(guò)一系列熱處理方法，例如均質(zhì)化處理、壓延、退火處理及時(shí)效處理后，得到晶粒尺寸均勻，且大小約為10-20微米左右的β相，如圖8所示。
β相經(jīng)由X光衍射分析儀(XRD)分析確定，如圖4、圖5所示。由拉伸測(cè)試，可以知道經(jīng)由電解擴(kuò)散法所得到的鎂-鋰-鋁-鋅合金(鋰含量約13-14％)的延伸率大約為22％左右，一般鎂-鋁-鋅合金的延伸率為3％左右，如圖9所示。
由上述方法可以將電解擴(kuò)散后產(chǎn)生的晶粒粗大的鎂-鋰-鋁-鋅合金，藉由后續(xù)壓延及熱處理得到晶粒小且均勻的鎂-鋰-鋁-鋅合金，并且具有良好的延性。
本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備在電解液中，氯化鋰分解成鋰離子和氯離子，氯化鉀分解成鉀離子和氯離子，氯化鈉分解成鈉離子和氯離子。
上述化學(xué)反應(yīng)式如下所述
此外，本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備是將陽(yáng)離子還原沉積于陰極上，鋰離子結(jié)合游離電子還原成鋰，鉀離子結(jié)合游離電子還原成鉀，鈉離子和游離電子還原成鈉。上述化學(xué)反應(yīng)式及各元素的反應(yīng)速率(v)差，如下所述vLivKvNa其中，vLi>>vK，vNa如圖6a-圖6c中所示的電壓為4.2V時(shí)，因?yàn)殇嚦练e于鎂-鋁-鋅陰極表面，并擴(kuò)散進(jìn)入鎂-鋁-鋅陰極內(nèi)部的速率(vLi)明顯高于鈉(vNa)、鉀(vK)元素；所以在高電壓時(shí)，陰極材料內(nèi)有高含量的鋰，但雜質(zhì)鈉、鉀的含量卻偏低。
本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備在4.2V下，擴(kuò)散層厚度(擴(kuò)散深度)與時(shí)間的相對(duì)關(guān)系，如圖10所示。擴(kuò)散層厚度與時(shí)間的相對(duì)關(guān)系式，可以下列公式(I)敘述T＝10-7t3-9×10-5t2+0.0262t-0.0617 (I)其中，T代表擴(kuò)散層厚度(mm)，t代表時(shí)間(minute)。
上述本發(fā)明的以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂-鋰合金的方法及其設(shè)備的使用及實(shí)施例，為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例之一，并非用以局限本發(fā)明的特征，舉凡利用本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)手段、創(chuàng)設(shè)原理的再創(chuàng)作，均應(yīng)屬本發(fā)明的發(fā)明目的及保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造鎂合金材料的設(shè)備，為一電解槽；該電解槽包含一槽體，包覆于電解槽外；一鋁層，為電解槽的內(nèi)層；一支撐板，置于鋁層內(nèi)的底部；一鋼制燒杯，連設(shè)于支撐板上；一玻璃燒杯，置于鋼制燒杯內(nèi)；該玻璃燒杯內(nèi)置有電解液，該電解液由氯化鋰與氯化鉀組成；一加熱器；一熱電偶，置于玻璃燒杯內(nèi)；一陽(yáng)極，為石墨電極，置于玻璃燒杯內(nèi)；一陰極，為鎂-鋁-鋅合金材料，置于玻璃燒杯內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造鎂合金材料的設(shè)備，其中，所述陽(yáng)極表面具有多個(gè)孔洞。
3.如權(quán)利要求1所述的制造鎂合金材料的設(shè)備，其中，所述陰極上下分別設(shè)有支撐架及氧化鋁管。
4.一種鎂合金材料的制造方法，其步驟包含a.在一電解槽中，組設(shè)一陽(yáng)極、一陰極，并置入電解液于槽中；以石墨電極為陽(yáng)極，鎂-鋁-鋅合金材料為陰極；所述電解液為氯化鋰與氯化鉀所組成；b.設(shè)定一工作電壓和一溫度，經(jīng)過(guò)一電解時(shí)間后，在陰極上形成一種鎂合金材料層積；c.將層積的鎂合金材料，經(jīng)過(guò)一系列熱處理以得到所需的材質(zhì)；d.將經(jīng)過(guò)熱處理方法得到的鎂合金材料，再予以壓延加工以得到所需形狀的鎂合金材料。
5.一種鎂合金材料的制造方法，其步驟包含a.將電解槽置于大氣環(huán)境中，且該電解槽中組設(shè)一陽(yáng)極、一陰極及電解液；石墨電極為陽(yáng)極，幾何形狀的鎂-鋁-鋅合金材料為陰極，電解液可為氯化鋰與氯化鉀所組成；b.設(shè)定一工作電壓和一溫度，經(jīng)過(guò)一電解時(shí)間后，在陰極上形成一種鎂合金材料層積；c.將層積的鎂合金材料，藉由電解擴(kuò)散法，可使鋰擴(kuò)散到陰極材料內(nèi)，接著再進(jìn)行一系列熱處理；d.將經(jīng)過(guò)一系列熱處理方法得到的鎂合金材料，再予以壓延加工；藉以上的方法可以得到所需形狀的鎂合金材料。
6.如權(quán)利要求4或5所述的鎂合金材料的制造方法，其中，所述電解液的組成為45wt％氯化鋰-55wt％氯化鉀。
7.如權(quán)利要求4所述的鎂合金材料的制造方法，其中，所述鋰藉由電解擴(kuò)散法擴(kuò)散到陰極材料內(nèi)。
8.如權(quán)利要求4或5所述的鎂合金材料的制造方法，其中，電壓為4.2V，電解時(shí)間為一小時(shí)，得到富鋰的β相且具高鋰含量13.6wt％，低鈉0.0117wt％與鉀0.121wt％含量的鎂-鋰-鋁-鋅合金。
9.如權(quán)利要求4或5所述的鎂合金材料的制造方法，其中，陰極得到300微米的晶粒尺寸，其中心為針狀α相跟灰色β相基地混和的α+β相的材質(zhì)的鎂合金材料。
10.如權(quán)利要求4或5所述的鎂合金材料的制造方法，其中，所述一系列熱處理，包含均質(zhì)化處理、壓延、退火處理及時(shí)效處理；最后，得到晶粒尺寸均勻，且大小為10-20微米的β相材質(zhì)的鎂合金材料。
11.如權(quán)利要求4所述的鎂合金材料的制造方法，其中，所述陰極為幾何形狀薄板。
12.如權(quán)利要求4或5所述的鎂合金材料的制造方法，其中，純鋰層積于陰極，且因高溫而擴(kuò)散進(jìn)入陰極內(nèi)，形成鎂-鋰合金。
13.如權(quán)利要求12所述的鎂合金材料的制造方法，其中，所述擴(kuò)散層厚度與時(shí)間的相對(duì)關(guān)系式，以下列的數(shù)學(xué)公式敘述T＝10-7t3-9×10-5t2+0.0262t-0.0617其中，T代表擴(kuò)散層厚度，單位毫米；t代表時(shí)間，單位分鐘。
14.一種電解液，由氯化鋰與氯化鉀所組成；在電解液中，化學(xué)反應(yīng)式為氯化鋰分解成鋰離子和氯離子，氯化鉀分解成鉀離子和氯離子；接著，陽(yáng)離子還原沉積于陰極上，鋰離子結(jié)合游離電子還原成鋰，鉀離子結(jié)合游離電子還原成鉀。
15.如權(quán)利要求14所述的電解液，其中，所述化學(xué)反應(yīng)式如下所述接著，。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造鎂合金材料的方法及其設(shè)備，尤其是指一種以電解擴(kuò)散法在大氣環(huán)境下制作鎂－鋰合金的方法及其設(shè)備。本發(fā)明的方法是使用石墨當(dāng)陽(yáng)極，鎂－鋁－鋅合金薄板當(dāng)陰極，電解液為45wt％氯化鋰－55wt％氯化鉀，在大氣環(huán)境下，即可制備高鋰含量的鎂－鋰合金，不需手套箱、不需真空熔煉爐。此外，以本發(fā)明的方法制備后，材料即為所需的形狀(如板狀)，后續(xù)只需簡(jiǎn)單壓延，即可成為組織微細(xì)均勻的鎂－鋰－鋁－鋅合金。本發(fā)明的特點(diǎn)在于純鋰不但層積于陰極，且因高溫而擴(kuò)散進(jìn)入陰極內(nèi)，形成鎂－鋰合金。本發(fā)明的設(shè)備是一電解槽，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且易于組設(shè)。
文檔編號(hào)C22C23/00GK1796578SQ20041010416
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者汪俊延, 林孟昌, 卓锜淵 申請(qǐng)人:汪俊延, 林孟昌, 卓锜淵