稀土镁中间合金短流程制备技术研究

Mg-Re alloys have substantial applications in the automobile, rail traffic, aeronautical and space industries, owing to its high performance. While for the costly and environmentally unfriendly production process of Mg-Re intermediate alloys, its wider applications are limited. Thus, exploring and developing more economical and green process for the Mg-Re intermediate alloys production to replace the traditional process has become particularly urgent.This project will adopt the electrolysis process of solid oxides in molten salt,which has en expected industrialization,to prepare Mg-Re intermediate alloy.It is based on the studies of the electrochemical,reduction kinetics behavior and alloying process of MgO and rare-earth oxides in a series molten salt,and fouces on lanthanum oxide,terbium oxide that represent light and heavy rare earths. To optimize the reaction interface and ensure the propagation of the metal｜solid oxide｜molten salt three-phase interlines (3PIs), the cathod and molten salts should be designed excellently. In spite of high molar volume ratio of Mg/MgO,the MgO can be reduced and converted to Mg-Re alloy in situ. This research will provide a low temperature, simple, energy-saving and green process for Mg-Re intermediate alloys production. Moreover,the new process will help to lower the cost of Mg-Re alloys production and expand its applications.

稀土镁合金具有许多优良性能，主要应用于汽车、轨道交通、航空航天等领域。而目前高成本、环境不友好的稀土镁中间合金生产工艺限制了其广泛应用。因而，探索和开发更经济环保的稀土镁中间合金生产工艺取代传统工艺显得尤为迫切。本项目将产业化前景可期的固态氧化物熔盐电解工艺运用到稀土镁中间合金制备，以对氧化镁、稀土氧化物在一系列熔盐中的电化学行为、还原动力学行为及合金化过程研究为基础，分别以氧化镧、氧化铽代表轻、重稀土为主要研究对象，从优化反应界面的思路出发，对构成电解池体系的阴极、熔盐体系进行优化设计，为金属∣固体氧化物∣熔盐三相界线的扩展提供保障，攻克由于Mg/MgO摩尔体积比过大而难以还原的问题并现场合金化得到单一相的稀土镁中间合金，从而为稀土镁中间合金的制备提供一项操作温度低、工序简单、节能环保的新选择，进而为降低稀土镁合金成本，扩大其应用提供理论基础。

稀土镁合金具有许多优良性能，主要应用于汽车、轨道交通、航空航天等领域。而目前高成本、环境不友好的稀土镁中间合金生产工艺限制了其广泛应用。因此，探索和开发更经济环保的稀土镁中间合金生产工艺显得尤为迫切。本项目通过研究氧化镁、稀土氧化物（分别以氧化镧、氧化铽代表轻、重稀土）在一系列熔盐中的电化学行为，借助电化学手段（循环伏安、恒电位电解）及材料表征手段（XRD、SEM、TEM、EDAX.、LECO）,对熔盐电解固态氧化物制备不同镁含量稀土镁中间合金和稀土镁合金进行了尝试，成功得到含镁的A2B7型稀土储氢合金。研究表明镁/氧化镁的摩尔体积比对反应三相界线扩展影响较大，因此当试片中氧化镁的量超过一定范围时，反应三相界线无法继续扩展从而还原反应终止，因此熔盐电解固态氧化物制备工艺可制备出较低镁含量的稀土合金，但目前还无法成功制备出高镁含量的稀土合金，还需进一步深入研究。在一系列熔盐体系的对比研究中，同时开展了若干金属氧化物在碱土/碱金属氯化物熔盐中的电化学行为研究及熔盐中电化学还原固态氧化物辅助合成若干材料：1)在氧化镁溶解度可以忽略不计的氯化镁熔盐体系中，利用钼腔电极在MgCl2熔盐中研究了Ta2O5的循环伏安行为，证明在MgCl2熔盐中，同样可以实现阴极金属氧化物的快速还原；2)以氧化铌为研究对象研究了其在一系列碱金属氯化物中的电化学行为；3)在氯化锂熔盐体系，基于二氧化钛在氯化锂熔盐中的嵌锂行为，合成了锂离子电池用钛酸锂材料； 同时提出了二步法电解，有效提高二氧化钛的电解电流效率，降低二氧化钛的电解能耗。