真空铝热还原制备Mg-Sr中间合金及渣相的分析

　　以氧化镁和氧化锶为原料，铝粉为还原剂，氟化钙催化剂，在混料瓶中混合均匀后，在台式粉末压片机上压片，然后在真空管式炉内还原，制备得到镁锶合金。对得到镁锶合金进行XED 射线衍射分析和扫描电镜能谱分析，产物中含有α-Mg，Mg17Sr2 和Mg2Sr 相，镁锶合金中镁含量为97.7%，锶含量为2.3%。对渣相进行XED 射线衍射分析，渣相中主要物质为SrO·Al2O3 和SrO·2Al2O3。还原温度为1250℃，还原时间4h，真空度为0.08kPa，自然冷却结晶。

　　镁合金作为轻合金结构材料之一，具有密度轻、比强度、比刚度高、易回收等优点，其结构件已被广泛用于汽车制造业中，被誉为“21 世纪的绿色工程材料”。研究镁合金，特别是压铸镁合金晶粒易粗化，力学性能会大大降低。采用变质剂可细化镁合金晶粒，改善镁合金铸件的力学特性和耐蚀性等。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为Mg-Sr 中间合金具有以下几方面的优点：

　　1) 阻止高温氧化和减少锶的氧化烧损；

　　2) 有效避免因添加Al-Sr 合金而造成的铝含量超标和引入其它杂质；

　　3)变质有效期长。

　　Al-Sr 中间合金作为一种长效变质剂，在铝、镁合金的变质处理已经得到极为广泛的应用，而Mg-Sr 合金作为镁合金的一种新型变质剂，其制备技术及应用在国内外研究甚少。镁锶合金主要方法为对掺法，由于金属镁和金属锶成本较高，高温烧损严重，能耗高。国内学者研究熔盐电解法[9]和真空还原法制备得到Mg-Sr 中间合金，当前仅局限于实验室研究，没有产业化大规模应用。本文以氧化镁和氧化锶为原料，铝粉为还原剂，氟化钙催化剂，在混料瓶中混合均匀后，在台式粉末压片机上压片，然后在真空管式炉内还原，利用真空铝热还原的方法制备了镁锶中间合金，并对其产物和渣相进行了相关的分析，探讨了还原温度对渣相成分和收率的影响，探讨了还原温度对渣相成分和收率的影响。

　　1、理论分析

　　真空铝热还原氧化锶和氧化镁的反应式如下：

　　还原反应方程(1)、(2)和(3)单独发生时，理论锶还原率分别为100%、75%和50%. 热力学分析和渣相的XRD 定性分析从理论和实践两方面揭示了一直认定的还原反应方程(1)实际并不独立发生，生成的Al2O3 很容易SrO 进行造渣反应；真空铝热还原法制备金属锶实际发生的是还原反应方程(2)和方程(3)。

　　本实验中对渣相进行XRD 衍射分析，渣相中主要成分为SrO·Al2O3 和SrO·2Al2O3，证明铝热还原氧化锶和氧化镁的反应中，反应(4)实际存在的，文献报道铝热真空还原氧化锶反应生成的渣相中含有3SrO·Al2O3，渣相的XRD 衍射分析得到渣相中不含有3SrO·Al2O3。反应(5)是铝热还原氧化镁生成金属的主要反应，生成的Al2O3 与氧化锶进行造渣反应，使还原氧化镁的反应易于正方向反应，镁的收率提高，而锶的收率降低，渣相含量中SrO·Al2O3 和SrO·2Al2O3 含量增大，造成锶资源的浪费。

　　3、结论

　　采用铝粉为还原剂，氟化钙为催化剂，真空还原氧化镁和氧化锶的混合物，制备得到了镁锶中间合金，合金中镁的质量分数为97.7%，锶的质量分数为2.3%。镁蒸气和锶蒸气的量决定合金中镁和锶的质量分数，从渣相x 荧光光谱法分析得到，渣相中镁质量分数为1.7%，镁的转化率较高，锶的质量分数为32.1%，锶的转化率较低，通过控制还原条件有待于抑制造渣反应，进一步提高锶的转化率。镁锶中间合金中含有α-Mg，Mg17Sr2 和Mg2Sr 相，无单质金属锶，通过自然降温结晶，得到了均匀性较好的Mg-Sr 中间合金。还原时间对渣相成分和锶的收率有主要的影响，本实验中，还原时间为4 h，抑制造渣反应(3)发生，有效提高了锶的收率。