真空鋁熱還原制備Mg-Sr中間合金及渣相的分析

　　以氧化鎂和氧化鍶為原料，鋁粉為還原劑，氟化鈣催化劑，在混料瓶中混合均勻后，在臺(tái)式粉末壓片機(jī)上壓片，然后在真空管式爐內(nèi)還原，制備得到鎂鍶合金。對(duì)得到鎂鍶合金進(jìn)行XED 射線衍射分析和掃描電鏡能譜分析，產(chǎn)物中含有α-Mg，Mg17Sr2 和Mg2Sr 相，鎂鍶合金中鎂含量為97.7%，鍶含量為2.3%。對(duì)渣相進(jìn)行XED 射線衍射分析，渣相中主要物質(zhì)為SrO·Al2O3 和SrO·2Al2O3。還原溫度為1250℃，還原時(shí)間4h，真空度為0.08kPa，自然冷卻結(jié)晶。

　　鎂合金作為輕合金結(jié)構(gòu)材料之一，具有密度輕、比強(qiáng)度、比剛度高、易回收等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)件已被廣泛用于汽車(chē)制造業(yè)中，被譽(yù)為“21 世紀(jì)的綠色工程材料”。研究鎂合金，特別是壓鑄鎂合金晶粒易粗化，力學(xué)性能會(huì)大大降低。采用變質(zhì)劑可細(xì)化鎂合金晶粒，改善鎂合金鑄件的力學(xué)特性和耐蝕性等。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為Mg-Sr 中間合金具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

　　1) 阻止高溫氧化和減少鍶的氧化燒損；

　　2) 有效避免因添加Al-Sr 合金而造成的鋁含量超標(biāo)和引入其它雜質(zhì)；

　　3)變質(zhì)有效期長(zhǎng)。

　　Al-Sr 中間合金作為一種長(zhǎng)效變質(zhì)劑，在鋁、鎂合金的變質(zhì)處理已經(jīng)得到極為廣泛的應(yīng)用，而Mg-Sr 合金作為鎂合金的一種新型變質(zhì)劑，其制備技術(shù)及應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外研究甚少。鎂鍶合金主要方法為對(duì)摻法，由于金屬鎂和金屬鍶成本較高，高溫?zé)龘p嚴(yán)重，能耗高。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究熔鹽電解法[9]和真空還原法制備得到Mg-Sr 中間合金，當(dāng)前僅局限于實(shí)驗(yàn)室研究，沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。本文以氧化鎂和氧化鍶為原料，鋁粉為還原劑，氟化鈣催化劑，在混料瓶中混合均勻后，在臺(tái)式粉末壓片機(jī)上壓片，然后在真空管式爐內(nèi)還原，利用真空鋁熱還原的方法制備了鎂鍶中間合金，并對(duì)其產(chǎn)物和渣相進(jìn)行了相關(guān)的分析，探討了還原溫度對(duì)渣相成分和收率的影響，探討了還原溫度對(duì)渣相成分和收率的影響。

　　1、理論分析

　　真空鋁熱還原氧化鍶和氧化鎂的反應(yīng)式如下：

　　還原反應(yīng)方程(1)、(2)和(3)單獨(dú)發(fā)生時(shí)，理論鍶還原率分別為100%、75%和50%. 熱力學(xué)分析和渣相的XRD 定性分析從理論和實(shí)踐兩方面揭示了一直認(rèn)定的還原反應(yīng)方程(1)實(shí)際并不獨(dú)立發(fā)生，生成的Al2O3 很容易SrO 進(jìn)行造渣反應(yīng)；真空鋁熱還原法制備金屬鍶實(shí)際發(fā)生的是還原反應(yīng)方程(2)和方程(3)。

　　本實(shí)驗(yàn)中對(duì)渣相進(jìn)行XRD 衍射分析，渣相中主要成分為SrO·Al2O3 和SrO·2Al2O3，證明鋁熱還原氧化鍶和氧化鎂的反應(yīng)中，反應(yīng)(4)實(shí)際存在的，文獻(xiàn)報(bào)道鋁熱真空還原氧化鍶反應(yīng)生成的渣相中含有3SrO·Al2O3，渣相的XRD 衍射分析得到渣相中不含有3SrO·Al2O3。反應(yīng)(5)是鋁熱還原氧化鎂生成金屬的主要反應(yīng)，生成的Al2O3 與氧化鍶進(jìn)行造渣反應(yīng)，使還原氧化鎂的反應(yīng)易于正方向反應(yīng)，鎂的收率提高，而鍶的收率降低，渣相含量中SrO·Al2O3 和SrO·2Al2O3 含量增大，造成鍶資源的浪費(fèi)。

　　3、結(jié)論

　　采用鋁粉為還原劑，氟化鈣為催化劑，真空還原氧化鎂和氧化鍶的混合物，制備得到了鎂鍶中間合金，合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.7%，鍶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.3%。鎂蒸氣和鍶蒸氣的量決定合金中鎂和鍶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從渣相x 熒光光譜法分析得到，渣相中鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.7%，鎂的轉(zhuǎn)化率較高，鍶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.1%，鍶的轉(zhuǎn)化率較低，通過(guò)控制還原條件有待于抑制造渣反應(yīng)，進(jìn)一步提高鍶的轉(zhuǎn)化率。鎂鍶中間合金中含有α-Mg，Mg17Sr2 和Mg2Sr 相，無(wú)單質(zhì)金屬鍶，通過(guò)自然降溫結(jié)晶，得到了均勻性較好的Mg-Sr 中間合金。還原時(shí)間對(duì)渣相成分和鍶的收率有主要的影響，本實(shí)驗(yàn)中，還原時(shí)間為4 h，抑制造渣反應(yīng)(3)發(fā)生，有效提高了鍶的收率。