关于研究钾冰晶石—氧化钪体系中铝热还原反应过程的研究.docVIP

钾冰晶石—氧化钪体系中铝热还原反应过程的研究 刘翘楚，薛济来，朱骏 （北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京 100083） 摘要：在钾冰晶石—氧化钪熔盐中，采用铝热还原和直接电解制备铝钪合金。在引入Al3Sc相生成自由能并考虑活度后，热力学计算表明，铝热还原氧化钪反应在本试验条件下可以发生。750 ℃在K3AlF6-2%Sc2O3 (CR=1.22)熔盐中，电解制备的合金中钪含量可达0.97%，而铝热还原反应所获合金中钪含量小于0.18%，且随反应时间的延长和熔盐中氧化钪浓度的增加，合金钪含量的增幅趋缓。电解合金中钪分布均匀，而铝热还原合金中钪主要存在于边缘区域。 关键词：氧化钪；铝热还原；Al3Sc；自由能；铝钪合金 中图分类号：TF821 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2013）03-0000-00 Study on Aluminum Thermo-Reduction in K3AlF6-Sc2O3 System LIU Qiao-chu, XUE Ji-lai, ZHU Jun (School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China) Abstract: Al-Sc alloy was prepared in K3AlF6-Sc2O3 melt system by aluminum thermo-reduction and electrolysis process respectively. Thermodynamic analysis shows that Sc2O3 can be reduced by aluminum when Al3Sc phase is included with an introduction of free energy and activity. The results show scandium content of the alloy from electrolysis process reaches 0.97% at 750 ℃ in K3AlF6-2%Sc2O3 (CR=1.22) melt system, while that of the alloy from aluminum thermo-reduction may be limited to 0.18%. Scandium content changes little with an increase of Sc2O3 concentration in the melt and prolonged reaction time. Scandium is better distributed in electrolysis-made alloy than that in thermo-reduction. Scandium mainly exists in the edge area of alloy samples. Key words: scandium oxide; aluminum thermo-reduction; Al3Sc; free energy; Al-Sc alloy 钪是迄今为止发现的对铝最为有效的变质剂，仅0.2%)的钪就能提高铝的强度、可焊接性、抗再结晶温度以及抗腐蚀性能等[1]。铝钪合金的优异性能广泛应用。然而，目前铝钪合金高成本的制造碍的应用发展。传统的制备铝钪合金的用对掺法或真空热还原法，这些方法具作者简介：刘翘楚（1984-），男傈僳族，云南香格里拉县人，博士研究生 图1 ~2 000 ℃的Ellingham图(氧势图) Fig.1 Ellingham curve of metals at 0~2 000 ℃ 通常认为，铝热还原氧化钪的反应为： (1) 该反应的Gibbs自由能： (2) 从式（2）可知，在一般工业电解操作温度下该反应不会发生。 Al-Sc间可以形成Al3Sc、AlSc、Al2Sc、AlSc2四种金属间化合物。在含量较低的区间内，主要生成Al3Sc kJ/mol，S298.15=104.5 J/(K·mol)，a=119.967，b=1.372，c=0.360。 引入生成的Al3Sc相后，式(1)变为： (3) 750 ℃时，反应的Gibbs自由能△G=-61.28 kJ/mol，引入Al3Sc相的生成自由能后，反应可进行。 (4) 式中、分别表示溶解在