本发明涉及一种固液两相金属中间合金制备方法，特别涉及一种Mg-Hg中间合金的制备方法，属于工业用镁合金范畴。
背景技术：
海水电池的发展往往伴随着战争，特别是鱼雷潜艇的研发，具有非常重要的战略地位。最初的海水电池材料氯化银作为阴极的，但由于价格昂贵，发展相对缓慢，在随后开发了不含贵金属的电池体系材料，扩大了应用范围。目前关于海水电池的阳极材料的体系有很多，如锂、钙、镁、铝、锌等合金，其中锂、钙元素与水会发生剧烈反应，以一般海水电池结构来讲，无法控制其反应进行程度，因此目前尚未实用。
从金属活动顺序表中可知，镁的电极电位很低，是目前可不利用外加特殊手段而相对稳定存在于空气中的活泼金属。尽管镁合金的副反应较为严重，但镁的电压高，可以大电流放电，是目前最广泛使用的一种海水电池阳极材料。
从电化学原理中可知，氢气在不同金属表面析出的难易程度可以用析氢过电位表示，许多金属的析氢过电位均服从Tafel公式。
ηc＝a+b lgI
公式中常数a的物理意义是当电流密度为1A·cm-2时的析氢过电位数值，其大小与金属表面吸附氢键的大小有直接关系，而吸附氢键主要是氢原子中的电子与金属中的不成对的d电子形成，因此，金属中d电子越多，不成对的d电子就越少，M-H的吸附也就弱。
常见的高析氢过电位元素主要有Pb、Hg、Ga、Tl、Sn等，其a值在1.0～1.5V。在合金中加入高析氢过电位元素，不仅可以减弱表面腐蚀产物膜的形成，还可以减少阳极极化，增加放电电压，因此是目前在海水电池阴极材料中常常添加的合金元素。
Mg-Hg-Ga体系是目前海水电池中的典型阴极材料体系，其最主要的特点是合金元素含量低，没有严重的副反应，极化轻微。但由于Hg、Ga元素的特殊性，难于加工，对熔炼及塑性加工工艺提出了很高的要求。传统的Mg-Hg-Ga合金熔炼是以金属汞的形式加入镁熔体中，由于熔体温度远高于汞的沸点357℃，高温会造成汞的大量挥发，严重污染环境，损害现场工作人员健康，现场工作的人员必须配备 呼气器，防毒工作服，降低企业生产效率，另外，汞元素的挥发使得合金中的汞含量不可控，合金质量的稳定性、成本及批产能力都受到了很大的影响。
基于此，有必要就上述问题提出一种解决方案，为方便Mg-Hg-Ga体系合金的制备加工提供保障。
技术实现要素：
针对Hg室温下即为液态金属的特点，直接熔炼成合金较为困难，本发明提供了一种Mg-Hg中间合金的制备方法。
一种Mg-Hg中间合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)选用耐高温陶瓷体作为中间合金的承载体；
(2)对陶瓷体进行预热，除去所含的水汽，然后随炉冷却；
(3)将纯镁板表面打磨并保有一定的粗糙度，除去杂质，然后均匀钻孔；孔的大小随着陶瓷体尺寸的变化而改变；
(4)将镁板紧密排列在陶瓷体内，镁板之间均匀撒上纯镁粉，并在每一层中间加入汞，或者先将镁粉与汞进行充分搅拌，然后撒在镁板中间，同时对已钻孔洞进行填充；
(5)将陶瓷体密封，然后放入洒满硫磺的耐高温容器中，连同容器一起放入马弗炉中进行热处理，然后随炉冷却至室温；
(6)取出陶瓷体中的镁板，去除表面杂质，然后进行加工变形。
步骤(1)中，所述的中间合金的承载体可为MgO、ZrO2或者是SiC材质，为厚壁容器，或者为实心材料加工成的容器。
步骤(2)中，陶瓷体的预热温度为200℃～300℃，时间为1h～3h。
步骤(3)中，镁板的厚度为0.5mm～10mm，表面的粗糙度可为100-200；钻孔的尺寸为1mm～3mm，孔与孔之间的距离为3～10mm。
步骤(4)中，所述的镁粉的粒度为50～100目。镁的重量符合Mg-Hg中间合金的预定值，汞的重量适当大于预定值，汞的加入量按照收得率为80％～95％(重量％)计算。
步骤(5)中，陶瓷体的热处理制度为100～150℃保温10h～20h，升温至200℃～250℃保温10h～20h，继续升温至300℃～340℃，保温2h～5h。
步骤(6)中，所述的加工变形包括锻造、轧制等，加工后得到块体或板体；所述的加工变形还可为先经过锻造或轧制，然后进行挤压变形，得到棒材。所述的加工变形的温度为室温(25℃)至350℃，然后空冷。
本发明的优点：
由于液态汞溶液的熔沸点较低，很难与固态金属直接进行熔炼，通过扩散法制备的中间合金可以大大减小对环境的污染，提高Hg的利用率，降低后续Mg-Hg合金制备的操作难度，是一种行之有效的方法。
具体实施例
本发明的Mg-Hg中间合金的制备方法，包括：(1)选用耐高温实体陶瓷作为中间合金的承载体；该陶瓷承载体可为MgO、ZrO2或者是SiC材质，为厚壁容器状；或者为实心材料，可加工成容器。(2)在放料之前对陶瓷体进行预热，预热温度在200℃～300℃之间，时间为1h～3h之间，除去所含的水汽，并将预热好的陶瓷体材料随炉冷却，去除表面杂质，以备使用。(3)将厚度为0.5mm～10mm的纯镁板表面打磨，除去杂质，并要有一定的粗糙度，然后均匀钻孔，孔的大小将随着陶瓷体尺寸的变化而改变，一般在1mm～3mm之间。(4)将准备好的镁板紧密排列在陶瓷体内，镁板之间均匀撒上一定粒度的纯镁粉。并在每一层中间加入汞液；或者可以事先将镁粉与汞进行充分搅拌，然后撒在镁板中间，并对已钻孔洞进行填充，同时适当补充汞液。Mg总重量与Hg制备符合预定值，Hg的收得率按照80％～95％计算。(5)将陶瓷体的口封住，避免泄露，然后整体放入洒满硫磺的耐高温容器中，最后连同容器一起放入马弗炉中进行热处理。(6)根据Mg-Hg相图，同时，为避免Hg的快速挥发，陶瓷体的热处理制度为100～150℃保温10h～20h，升温至200℃～250℃保温10h～20h，继续升温至300℃～340℃，保温2h～5h。最终随炉冷却至室温。(7)取出陶瓷体中的镁板，去除表面杂质，然后进行加工变形，包括锻造、轧制等，加工成块体或板体。亦或是经过初次变形后，滚圆，进而进行挤压变形，成为棒材。变形温度范围可在室温至350℃之间，然后空冷。
实施例1：Mg-10Hg中间合金的制备方法
(1)选用MgO厚壁容器作为中间合金的承载体。
(2)对陶瓷体进行预热，预热温度为250℃，时间为1h之间，除去所含的水汽，并将预热好的陶瓷体材料随炉冷却，去除表面杂质，以备使用。
(3)将厚度为1mm的纯镁板表面打磨，除去杂质，并要有一定的粗糙度，粗糙度为100，然后均匀钻直径2mm孔，孔与孔之间的距离为5mm。
(4)将准备好的镁板紧密排列在陶瓷体内，镁板之间均匀撒上一定粒度(100目)的纯镁粉。并在每一层中间加入汞液，Mg总重量与Hg制备符合预定值，Hg的收得率按照95％计算。
(5)将陶瓷体的口封住，避免泄露，然后整体放入洒满硫磺的耐高温容器中，最后连同容器一起放入马弗炉中进行热处理。
(6)陶瓷体的热处理制度为100℃保温10h，升温至200℃保温10h，继续升温至300℃，保温5h。最终随炉冷却至室温。
(7)取出陶瓷体中的镁板，去除表面杂质，然后进行加热锻造加工变形，锻造温度为200℃，轻压成块体，然后空冷。
实施例2：Mg-15Hg中间合金的制备方法
(1)选用实心MgO材料作为中间合金的承载体，中间挖成容器状。
(2)在放料之前对陶瓷体进行预热，预热温度在300℃，时间为1.5h，除去所含的水汽，并将预热好的陶瓷体材料随炉冷却，去除表面杂质，以备使用。
(3)将厚度为3mm的纯镁板表面打磨，除去杂质，并要有一定的粗糙度，粗糙度为200，然后均匀钻直径2mm孔，孔与孔之间的距离为3mm。
(4)将事先充分搅拌的镁粉(约50目)与汞撒在镁板中间，并填满孔隙。Mg总重量与Hg制备符合预定值，Hg的收得率按照85％计算。
(5)将陶瓷体的口封住，避免泄露，然后整体放入洒满硫磺的耐高温容器中，最后连同容器一起放入马弗炉中进行热处理。
(6)热处理制度为150℃保温15h，升温至250℃保温15h，继续升温至330℃，保温4h。最终随炉冷却至室温。
(7)取出陶瓷体中的镁板，去除表面杂质，然后在250℃下进行轧制变形，最终成为板体。
实施例3：Mg-20Hg中间合金的制备方法
(1)选用ZrO2厚壁容器作为中间合金的承载体。
(2)在放料之前进行预热，温度在200℃，时间3h，除去所含的水汽，并将预热好的陶瓷体材料随炉冷却，去除表面杂质，以备使用。
(3)将厚度为10mm的纯镁板表面打磨，除去杂质，并要有一定的粗糙度，粗糙度为150，然后均匀钻直径3mm孔，孔与孔之间的距离为10mm。
(4)将准备好的镁板紧密排列在陶瓷体内，将事先混合好的镁粉(约100目)与汞撒在镁板中间，并填充好孔隙，并在之间适当补充汞液。Mg总重量与Hg制备符合预定值，Hg的收得率按照80％计算。
(5)将陶瓷体的口封住，避免泄露，然后整体放入洒满硫磺的耐高温容器中，最后连同容器一起放入马弗炉中进行热处理。
(6)陶瓷体的热处理制度为150℃保温20h，升温至200℃保温20h，继续升温至300℃，保温5h。最终随炉冷却至室温。
(7)取出陶瓷体中的镁板，去除表面杂质，然后进行锻造，加工成块体，接 着滚圆，最后进行挤压变形，成为棒材。变形温度范围在300℃～350℃之间。
实施例4：Mg-15Hg中间合金的制备方法
(1)选用实心SiC材料作为中间合金的承载体，中间挖成容器状。
(2)陶瓷体预热温度为270℃，时间为2.5h，除去所含的水汽，并将预热好的陶瓷体材料随炉冷却，去除表面杂质，以备使用。
(3)将厚度为5mm的纯镁板表面打磨，除去杂质，并要有一定的粗糙度，粗糙度为180，然后均匀钻直径2.5mm孔，孔与孔之间的距离为7mm。
(4)将准备好的镁板紧密排列在陶瓷体内，镁板之间均匀撒上一定粒度(约60目)的纯镁粉，并在每一层中间加入汞液。Mg总重量与Hg制备符合预定值，Hg的收得率按照95％计算。
(5)将陶瓷体的口封住，避免泄露，然后整体放入洒满硫磺的耐高温容器中，最后连同容器一起放入马弗炉中进行热处理。
(6)陶瓷体的热处理制度为125℃保温18h，升温至225℃保温20h，继续升温至340℃，保温2h。最终随炉冷却至室温。
(7)取出陶瓷体中的镁板，去除表面杂质，然后进行轧制，变形温度范围在320℃左右。
实施例5：Mg-15Hg中间合金的制备方法
(1)选用MgO厚壁容器作为中间合金的承载体。
(2)对陶瓷体进行预热，预热温度在275℃之间，时间为1.5h，除去所含的水汽，并将预热好的陶瓷体材料随炉冷却，去除表面杂质，以备使用。
(3)将厚度为8mm的纯镁板表面打磨，除去杂质，并要有一定的粗糙度，粗糙度为180，然后均匀钻直径3mm孔，孔与孔之间的距离为9mm。
(4)将准备好的镁板紧密排列在陶瓷体内，将事先充分搅拌镁粉(约90目)与汞洒在镁板之间，填充好孔隙，并适当补充汞液。Mg总重量与Hg制备符合预定值，Hg的收得率按照90％计算。
(5)将陶瓷体的口封住，避免泄露，然后整体放入洒满硫磺的耐高温容器中，最后连同容器一起放入马弗炉中进行热处理。
(6)陶瓷体的热处理制度为100℃保温20h，升温至235℃保温18h，继续升温至340℃，保温2h。最终随炉冷却至室温。
(7)取出陶瓷体中的镁板，去除表面杂质，然后进行锻造成块体，然后将经过初次变形后的块体进行挤压变形，成为棒材。变形温度范围在330℃左右。
经过上述方法的实施，Hg元素的收得率在80％～90％，是目前所有中间合金制 备中效率较高的一种。