專利名稱：熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂鋰鋅合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種合金的制備方法，具體地說(shuō)是一種鎂鋰鋅合金的制備方法。
(二)
背景技術(shù)：
Mg-Li合金是超輕結(jié)構(gòu)的金屬材料，其密度僅為1.35-1.65 g/cm3,比鋁合 金還輕1.5-2. 0倍，與工程塑料的密度較為相近。Mg-Li合金的第二個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)
是具有高的延展性和變形性。這是由于鋰的加入，使傳統(tǒng)鎂合金的各向異性的密 排六方體結(jié)構(gòu)(hcp)轉(zhuǎn)變?yōu)榈确较蛐缘捏w心立方結(jié)構(gòu)(bcc),提高了合金的室溫延
展性和變形性。此外，鎂鋰合金具有很高的比強(qiáng)度和比剛度；較好的減震性和電 磁屏蔽性，這些特點(diǎn)使Mg-Li合金在航天航空領(lǐng)域已有了一定的應(yīng)用。但Mg-Li 合金耐蝕性和熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)限制了它的廣泛應(yīng)用。
向Mg-Li合金中添加一些合金元素可以顯著提高其機(jī)械性能。例如，向Mg-Li 合金中添加Zn元素可以提高M(jìn)g-Li合金的強(qiáng)度。當(dāng)Zn〈2 at。/。時(shí)，對(duì)Mg-Li合金的 組織中的相組成無(wú)明顯影響。然而，傳統(tǒng)生產(chǎn)Mg-Li-Zn合金主要釆用純鎂、純鋰 和純鋅對(duì)摻的方法。這些方法的主要缺點(diǎn)是先要制備三種金屬單質(zhì)而后混熔，生 產(chǎn)工序多，成分不均勾，而且鎂、鋰和鋅在對(duì)摻過(guò)程中損失較大造成成本較高。
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710072559.5的專利申請(qǐng)文件中，公開(kāi)了一種在鎂陰 極上低溫電解制備不同相組成的鎂鋰合金的技術(shù)方案，但是該方法仍舊需要先制 備陰極材料鎂，而且由鎂鋰中間合金制備鎂鋰鋅合金仍然需要釆用對(duì)摻法添加金 屬鋅。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710072560.8的專利申請(qǐng)文件中提出了熔鹽電解離 子共析法生產(chǎn)鎂鋰鉤合金的方法，但是該方法還沒(méi)有達(dá)到能夠直接控制Mg-Li-Ca 合金不同相的組成。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱耗低，生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，合金成分均勻，能直接 從K(n-LiCl-MgCl2-ZnCl2熔鹽中直接得到工業(yè)領(lǐng)域所需的不同相組成的 Mg-Li-Zn合金的熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂鋰鋅合金的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
陰極采用耐腐蝕的惰性陰極，如Mo、 W、 Fe,陽(yáng)極釆用石墨，Ag/AgCl為參 比電極，電解質(zhì)為KCl-LiCl-MgCl2-ZnCl2熔鹽體系，在67(TC下進(jìn)行離子共沉積， 通過(guò)控制原料中MgCh的濃度在1-10 wt.%， ZnCh的濃度在0.1-3 wt. %范圍內(nèi) 和電流密度為6. 2A/cm2，通過(guò)共電沉積方法制備a、 (3 、 a+P或"+P+Mg7Zn3#41 鋰鋅合金。
本發(fā)明的原理為電解含有多種金屬離子的熔鹽時(shí)，若各種離子的析出電位 不等，則電解時(shí)兩種離子不能同時(shí)在陰極上析出。若某種離子由于極化作用使其 析出電位變得與它種離子的析出電位相等或相近時(shí)，兩種離子就能同時(shí)在陰極上 析出。
在電解之初，首先是金屬Zn在惰性陰極上的還原，之后是Mg在Zn電極(已 經(jīng)附著在惰性陰極上)的去極化效應(yīng)，使Mg2+析出電位正移形成了 Mg-Zn合金。 而Li+在Mg-Zn合金上的去極化效應(yīng)導(dǎo)致了 Mg-Li-Zn合金的生成。并且氯化鎂與
堿金屬氯化物通常能夠形成絡(luò)合物，如鉀光鹵石和鋰光鹵石。鎂離子形成絡(luò)合物 后，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位E。也要發(fā)生變化，這些因素都有利于生成Mg-Li-Zn合金。
在本發(fā)明中通過(guò)控制原料中MgCh和ZnCl2的濃度和電解參數(shù)，可以通過(guò)熔 鹽電解共沉積方法制備不同相組成的鎂鋰鋅合金。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)本發(fā)明方案的實(shí)施，不僅能夠很好的解決對(duì)摻法生 產(chǎn)鎂鋰鋅合金的過(guò)程中存在熱耗大，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，合金成分不均勻的缺點(diǎn)，而且 本發(fā)明可以直接從KC卜LiC1 -MgC 12熔鹽中共電沉積制備不同相組成的鎂鋰鋅合 金。此方法既不用金屬鎂和鋰，也不用金屬鋅，直接從原材料出發(fā)， 一步得到不 同相Mg-L i-Zn合金，能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
與中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710072559.5以及200710072560.8的專利申請(qǐng)文 件中提出的方法相比，本發(fā)明既不用金屬鎂和鋰，也不用金屬鋅材料，并且能夠 通過(guò)調(diào)整MgCL和ZnCl2的濃度直接控制Mg-Li-Zn合金的相組成，從熔鹽體系中 直接得到工業(yè)領(lǐng)域所需的不同相組成的Mg-Li-Zn合金。

圖1為以電解共沉積方法制備的Mg-Li-Zn合金XRD圖譜。其中
a為以KC1-LiC卜MgClf ZnCl2為電解質(zhì)，MgCL和ZnCl2濃度分別為10 wt. %和1 wt. %, 6. 2A/cm2電流密度電解2h得到的產(chǎn)品XRD圖譜；
b為以KC1-LiCl-MgCl廠ZnCl2為電解質(zhì)，MgCh和ZnCl2濃度分別為8. 5 wt. % 和l wt.%， 6. 2A/cm2電流密度電解2h得到的產(chǎn)品XRD圖譜；
c為以KCl-LiCl-MgCl2-ZnCl2為電解質(zhì)，MgC"和ZnCl2濃度分別為8. 5 wt. % 和3 wt.°/。， 6. 2A/cm2電流密度電解2h得到的產(chǎn)品XRD圖譜。
d為以KCl-LiCl-MgCl2-ZnCl2為電解質(zhì),MgCl2和ZnCl2濃度分別為5 wt. %和 1 wt.%, 6. 2A/cm'電流密度電解2h得到的產(chǎn)品XRD圖譜。
圖2-a至圖2-c為以電解共沉積方法制備的Mg-Li-Zn合金的掃瞄電子顯微 鏡(SEM)及面掃描(EPMA)圖。其中，圖2-a為Mg-Li-Zn合金的掃瞄電子顯微鏡(SEM) 照片；圖2-b為Mg的面分布圖；圖2-c為Zn的面分布圖。 具體實(shí)施例方式
下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
實(shí)施例一以KC卜LiCl-MgCl2-ZnCl2熔鹽作為電解質(zhì)，以鉬絲為陰極，石墨 為陽(yáng)極，Ag/AgCl為參比電極，溫度控制在67(TC，電極間距為4cm, MgCh的濃 度在9-10 wt. %, ZnCh在0. 1-1 wt. °/ 之間，以6. 2A/cm2電流密度電解2h，所制 備的產(chǎn)品為a相的鎂鋰鋅合金。
實(shí)施例二以KC1-LiCl-MgCl廠ZnCl2熔鹽作為電解質(zhì)，以鉬絲為陰極，石墨 為陽(yáng)極，Ag/AgCl為參比電極，溫度控制在67(TC,電極間距為4cm, MgCh的濃 度為8.1-8.9 wt.%, ZnCl2在0.1-1 wt.。/。之間，以6. 2A/cm2電流密度電解2h, 所制備的合金為0^+ P相的鎂鋰鋅合金。
實(shí)施例三以KC卜LiC卜MgCl廠ZnCl2熔鹽作為電解質(zhì),以鉬絲為陰極，石墨 為陽(yáng)極，Ag/AgCl為參比電極，溫度控制在67(TC,電極間距為4cm, MgCl2的濃 度為8.1-8.9 wt.%, ZnCl2在1.1-3 wt.。/。之間，以6. 2A/cm2電流密度電解2h, 所制備的合金為oMg+ P L i+Mg7Zn3相的應(yīng)用鎂鋰鋅合金。
實(shí)施例四以KC1-LiCl-MgCl「ZnCl2熔鹽作為電解質(zhì)，以鉬絲為陰極，石墨 為陽(yáng)極，Ag/AgCl為參比電極，溫度控制在67(TC，電極間距為4cm, MgCl2的濃 度在1-8 wt.%， ZnCl2在0.1-1 wt.。/n之間，以6. 2A/cm2電流密度電解2h,所制 備的合金為P相的鎂鋰鋅合金。
權(quán)利要求
1、一種熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂鋰鋅合金的方法，陰極采用耐腐蝕的惰性陰極，陽(yáng)極采用石墨，其特征是Ag/AgCl為參比電極，電解質(zhì)為KCl-LiCl-MgCl2-ZnCl2熔鹽體系，在670℃、電流密度為6.2A/cm2下進(jìn)行離子共沉積。KCl-LiCl-MgCl2-ZnCl2熔鹽體系中含有等質(zhì)量比的KCl和LiCl，MgCl2的濃度在1-10wt.％，ZnCl2的濃度在0.1-3wt.％，通過(guò)控制熔鹽體系中MgCl2和ZnCl2的濃度，得到α、β、α+β或α+β+Mg7Zn3相鎂鋰鋅合金。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂鋰鋅合金的方 法，其特征是MgCl2的濃度控制在8. 1-8. 9 wt. %, ZnCl2的濃度控制在0. 1-1 wt. % 范圍內(nèi)，通過(guò)共沉積方法制備06+ P相的應(yīng)用鎂鋰鋅合金。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂鋰鋅合金的方 法，其特征是MgCl2的濃度控制在8. 1-8. 9 wt.%, ZnCl2的濃度控制在1. 1-3 wt.%范圍內(nèi)，通過(guò)共沉積方法制備aMg+(3Li+Mg7Zri3相的鎂鋰鋅合金。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂鋰鋅合金的方 法，其特征是MgCl2的濃度控制在1-8 wt.% , ZnCl2的濃度控制在0. 1-1 wt.%范圍內(nèi)，通過(guò)共沉積方法制備P相的鎂鋰鋅合金。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂鋰鋅合金的方 法，其特征是MgCh的濃度控制在9-10 wt.%, ZnCl2的濃度在0. 1-1 wt.°/。范 圍內(nèi)，通過(guò)共沉積方法制備a相的鎂鋰鋅合金。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任何一項(xiàng)所述的熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂 鋰鋅合金的方法，其特征是所述的陰極采用耐腐蝕的惰性陰極是Mo、 W或Fe 中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種熔鹽電解共沉積制備不同相組成鎂鋰鋅合金的方法。陰極采用耐腐蝕的惰性陰極，如Mo、W、Fe，陽(yáng)極采用石墨，Ag/AgCl為參比電極，電解質(zhì)為KCl-LiCl-MgCl₂-ZnCl₂熔鹽體系，在670℃下進(jìn)行離子共沉積，通過(guò)控制原料中MgCl₂的濃度在1-10wt.％，ZnCl₂的濃度在0.1-3wt.％范圍內(nèi)和電流密度為6.2A/cm²，通過(guò)共電沉積方法制備不同相組成的鎂鋰鋅合金。本發(fā)明能夠通過(guò)調(diào)整MgCl₂和ZnCl₂的濃度直接控制Mg-Li-Zn合金的相組成，從熔鹽體系中直接得到工業(yè)領(lǐng)域所需的不同相組成的Mg-Li-Zn合金，熱耗低，生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，合金成分均勻。
文檔編號(hào)C25C3/36GK101319337SQ200810064918
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者張密林, 鵬 曹, 云 薛, 偉 韓, 顏永得 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)