氟化鈧?cè)埯}-鋁鎂熱還原反應(yīng)機理及鋁鎂鈧中間合金制備新工藝研究.pdf

1、本文在對氟化鈧、氧化鈧金屬熱還原的還原反應(yīng)進(jìn)行了熱力學(xué)計算和分析的基礎(chǔ)上,提出了采用ScF<,3>-MF-Mg(Al)熱還原法制備Al-Mg-Sc中間合金的新思路;利用熱分析技術(shù)結(jié)合相圖資料方法研究了ScF<,3>-MF-Mg熱還原反應(yīng)機理,采用Freeman-Carrol法和Kissinger法計算了反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)活化能,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了還原反應(yīng)熔鹽體系優(yōu)選;對ScF<,3>-MF-Mg(Al)熱還原法制備Al-Mg-Sc中間合金的

2、新工藝實驗條件進(jìn)行了優(yōu)化,制備出了含鈧量為2﹪的Al-Mg-Sc中間合金,制備新工藝中鈧回收率達(dá)80﹪;利用研制的中間合金制備了Al-5Mg-Sc系列合金,通過對加鈧和不加鈧的合金組織與性能的對比研究,對Al-5Mg-Sc合金的應(yīng)用進(jìn)行了評價.其熱力學(xué)計算結(jié)果表明,ScF<,3>與Mg之間的還原反應(yīng)在熱力學(xué)上是可行的,而Sc<,2>O<,3>與Mg及ScF<,3>與Al之間的反應(yīng)是不可行的.制備Al-Mg-Sc中間合金時應(yīng)采用ScF<,

3、3>為原料,Mg為還原劑,在過量Al熔體中進(jìn)行.還原產(chǎn)生的初生態(tài)Sc與Al形成穩(wěn)定的Al<,3>Sc金屬間化合物,從而使金屬熱還原的△<,r>G<,m><'0>(T)減少了138KJ/mol,由此增加了反應(yīng)體系的熵變值,大大提高了金屬熱還原進(jìn)行的趨勢.在溫度為1100K的Al熔體中Mg熱還原制備Al-Mg-Sc中間合金,當(dāng)使用ScF<,3>為原料且在氟化物熔鹽體系中進(jìn)行時,還原反平衡常數(shù)計算值可達(dá)6.6×10<'9>.研究了Sc<,2>

4、O<,3>-NH<,4>HF<,2>固相氟化及ScF<,3>-Mg熱還原機理,利用DTA分析方法研究了ScF<,3>-Mg熱還原反應(yīng)的熱力學(xué)及動力學(xué)機理.研究結(jié)果表明Sc<,2>O<,3>與NH<,4>HF<,2>分解產(chǎn)生的HF反應(yīng)生成ScF<,3>.ScF<,3>-Mg體系590℃發(fā)生ScF<,3>-Mg(s)固-固還原反應(yīng);740℃發(fā)生ScF<,3>-Mg(l)固-液還原反應(yīng);ScF<,3>-LiF-Mg體系在496℃發(fā)生ScLiF

5、<,4>(s)-Mg(s)固-固還原反應(yīng);650℃發(fā)生(ScF<,3>-LiF)-Mg(l)液-液還原反應(yīng).計算了Mg熱還原的動力學(xué)參數(shù),其反應(yīng)活化能E=48.62KJ/mol,反應(yīng)級數(shù)n=1.03.研究制定了ScF<,3>-MX熔鹽在Al熔體中Mg熱還原制備Al-Mg-Sc中間合金的新工藝,研究結(jié)果表明新工藝能制備Sc含量大于1.5wt﹪的Al-Mg-Sc中間合金,最佳的還原反應(yīng)溫度為1100℃,還原時間40min;二次還原后,Sc收

6、率大于80﹪.微量Sc在Al和Al-Mg合金中,除少量固溶在基體中.主要以兩種析出的Al<,3>Sc金屬間化合物的形式存在.其中一種為合金凝固過程中析出的一次Al<,3>Sc粒子,起非均質(zhì)晶核的作用,可強烈細(xì)化合金的鑄態(tài)晶粒組織,并由于細(xì)晶強化作用可使Al-Mg合金的強度大大提高.由于在Sc含量較低時,Sc與Mg并不形成金屬間化合物,在研究的成分范圍內(nèi)Sc在Mg合金中多以固溶體形式存在.利用研制的Al-Mg-Sc中間合金制成Al-5Mg