稀土改性制备铜-铝-稀土中间合金熔盐电解方法及合金的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及熔盐电解制备三元中间合金技术，具体是稀土改性制备铜-铝-稀土中间合金熔盐电解方法及合金。
【背景技术】
[0002]稀土元素是铜-铝合金的理想改性剂，容易与金属晶界的空穴结合，生成的稀土金属化合物存在晶界处，从而能细化晶粒、提高合金高温性能以及机械性能。
[0003]目前，制备铜-铝-稀土合金主要的方法有热还原法、混溶法、熔盐电解法。传统混溶法主要特征是将Cu和稀土各元素按照不同重量百分比添加混溶，制备得到不同的铝系合金，此法设备简单、工艺条件要求低，但其所使用的原料为单一金属，成本高，且得合金成分易偏析、易氧化损失、烧损，制备的合金需重熔和二次精炼除杂等一系列问题；热还原法存在设备复杂，制备过程出现不可回收的废渣，影响产物品质同时对环境有影响等问题。进入21世纪以来，制备铜-铝系合金生产朝着低能耗、工艺流程短、经济效益高的方向发展，因此掀起了新工艺和方法的热潮，其中采用熔盐电解制备铝基合金被认为是目前一种很有前途的方法，但熔盐电解方法中也存在着体系选择不合理、电解产物纯度及稀土元素分布不均匀等问题，制备的产物多要进行后续处理。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供能有效简化生产流程，提高铜-铝-稀土中间合金纯度，降低能耗和生产成本的稀土改性制备铜-铝-稀土中间合金熔盐电解方法及合金。
[0005]本发明的技术方案:一种稀土改性制备铜-铝-稀土中间合金，以不含结晶水的A1F3、NaF, LiF为支持电解质，以不含吸附水的A1203、CuO、RE2O3为活性物质，配比要求:A1203、CuO、RE2O3混合物占全部电解质质量百分含量为2-4%，其中Al 203:CuO = RE2O3质量比为9:2:1 ;其余为AlF3、NaF、LiF混合盐，混合摩尔比为:NaF:AlF3:LiF = 7:4:1，
[0006]其中RE为La、Ce、Pr、Nd元素中的一种。
[0007]一种稀土改性制备铜-铝-稀土中间合金的熔盐电解方法，包括以下步骤:
[0008](I)配比原材料
[0009]以不含结晶水的A1F3、NaF, LiF为支持电解质，以不含吸附水的A1203、CuO、RE2O3为活性物质，配比要求:A1203、CuO、RE2O3混合物占全部电解质质量百分含量为2-4%，其中Al2O3: CuO: RE2O3质量比为9:2:1 ;其余为AlF 3、NaF、LiF混合盐，混合摩尔比为:NaF: AlF3: LiF = 7:4:1，
[0010]其中RE为La、Ce、Pr、Nd元素中的一种；
[0011](2)预电解
[0012]为充分除去支持电解质中水分与杂质，在温度800°C、槽电压1.3?1.5V的条件下，预电解1.2?1.5h ;其中阴极为钨制金属坩祸，阳极为石墨棒；
[0013](3)电解
[0014]将预处理的的活性物质与电解质充分混合，在温度800-850°C、槽电压2.5-2.8V、电流密度0.7-0.9A/cm2条件下进行电解，电解时间5_6h ;其中阴极为钨制金属坩祸，阳极为石墨棒；
[0015]⑷产物收集
[0016]阴极沉积物经钨坩祸收集，铸锭，去皮，包装。
[0017]不含结晶水的A1F3、NaF, LiF和不含吸附水的A1203、CuO、RE2O3是由含结晶水的AlF3, NaF, LiF和含吸附水的A1203、CuO、RE2O3分别在400°C温度的氮气中脱水24h获得。
[0018]主要外部控制条件及依据:
[0019]1、电解温度要使既定配比的电解体系充分熔化并达到适当的活度，合适范围为800-850。。。
[0020]2、槽电压要高于活性物质的分解电压并低于熔盐支持体系的分解电压，合适范围为 2.5-2.8V。
[0021]3、电解时间要使金属的收得率达到90%以上，合适范围为5_6h。
[0022]本发明原料成本低，工艺流程短、设备简单，没有固、液、气废弃物的排放，不造成二次污染，能够以较低的成本直接从A1203、CuO、RE2O3 (其中RE = La、Ce、Pr、Nd)电解制备Cu-Al-RE(RE为La、Ce、Pr、Nd其中之一)中间合金；同时，金属的收得率达到90%以上，合金纯度可达99%以上，经济效率显著提高。
【具体实施方式】
[0023]实施例1:将氮气中400°C脱水24h后的摩尔比NaF:AlF3:LiF = 7:4:1混合盐放入电解槽，加热到800°C熔化，将石墨阳极插入熔盐，在1.3V槽电压条件下，预电解1.5h ;随后，将质量比Al2O3 = CuO = Nd2O3= 9:2:1的混合氧化物(氮气中400°C脱水24h，总量占电解质总质量2% )加入电解槽，在温度800°C、电流密度0.7A/cm2、槽电压2.5V条件下电解6h，用钨坩祸收集液态合金，铸锭，去皮得到Cu-Al-Nd中间合金，经分析合金纯度可达99%以上。
[0024]实施例2:将氮气中400°C脱水24h后的摩尔比NaF:AlF3:LiF = 7:4:1混合盐放入电解槽，加热到800°C熔化，将石墨阳极插入熔盐，在1.4V槽电压条件下，预电解1.3h ;随后，将质量比Al2O3: CuO: Nd2O3 =9:2:1的混合氧化物(氮气中400 °C脱水24h，总量占电解质总质量3% )加入电解槽，在温度825°C、电流密度0.8A/cm2、槽电压2.7V条件下电解5.5h，用钨坩祸收集液态合金，铸锭，去皮得到Cu-Al-Nd中间合金，经分析合金纯度可达99%以上。
[0025]实施例3:将氮气中400°C脱水12h后的摩尔比NaF:AlF3:LiF = 7:4:1混合盐放入电解槽，加热到800°C熔化，将石墨阳极插入熔盐，在1.5V槽电压条件下，预电解1.2h ;随后，将质量比Al2O3 = CuO = Nd2O3= 9:2:1的混合氧化物(氮气中400°C脱水24h，总量占电解质总质量4% )加入电解槽，在温度850°C、电流密度0.9A/cm2、槽电压2.8V条件下电解5h，用钨坩祸收集液态合金，铸锭，去皮得到Cu-Al-Nd中间合金，经分析合金纯度可达99%以上。
[0026]实施例4:将氮气中400°C脱水24h后的摩尔比NaF:AlF3:LiF = 7:4:1混合盐放入电解槽，加热到800°C熔化，将石墨阳极插入熔盐，在1.3V槽电压条件下，预电解1.5h ;随后，将质量比Al2O3 = CuO = La2O3= 9:2:1的混合氧化物(氮气中400°C脱水24h，总量占电解质总质量2% )加入电解槽，在温度800°C、电流密度0.7A/cm2、槽电压2.5V条件下电解6h，用钨坩祸收集液态合金，铸锭，去皮得到Cu-Al-La中间合金，经分析合金纯度可达99 %以上。
[0027]实施例5:将氮气中400°C脱水24h后的摩尔比NaF:AlF3:LiF = 7:4:1混合盐放入电解槽，加热到800°C熔化，将石墨阳极插入熔盐，在1.4V槽电压条件下，预电解1.3h ;随后，将质量比Al2O3: CuO: La2O3 =9:2:1的混合氧化物(氮气中400 °C脱水24h，总量占电解质总质量3% )加入电解槽，在温度825°C、电流密度0.8A/cm2、槽电压2.7V条件下电解5.5h，用钨坩祸收集液态合金，铸锭，去皮得到Cu-Al-La中间合金，经分析合金纯度可达99 %以上。
[0028]实施例6:将氮气中400°C脱水12h后的摩尔比NaF:AlF3:LiF = 7:4:1混合盐放入电解槽，加热到800°C熔化，将石墨