钪是铝合金铸造晶粒组织最强的变质剂,铝钪合金具有比强度高、耐腐蚀、耐高温、焊接性好等优异性能,在航空航天、化工、军工、体育器材等领域都有广泛应用。铝钪合金中钪必须以中间合金的形式加入,铝钪中间合金的制备方法主要有对掺法、熔盐电解法和金属热还原法等。
ScCl3 和 ScF3是热还原制备铝钪合金普遍采用的原料,但ScCl3易潮解,ScF3制备过程中放出剧毒的HF气体,且氯化及氟化延长了生产流程,增加了生产成本,此外此法制备的合金中还存在较多的杂质。相比较而言,以Sc2O3 为原料直接制备铝钪中间合金具备较大的发展潜力。但有研究表明,铝热直接还原Sc2O3制得的合金,存在钪含量低、收率低的缺点。
首先,将Sc2O3与NH4HF2按比例混合,在氟化炉中升温、氟化、脱NH4F制得ScF3。然后,称取一定量的铝锶合金,置于经500℃烘干的石墨坩埚中,并将混合均匀的冰晶石、NaCl、 KCI、 ScF3和Sc2O3覆盖于合金上部,其中,Sc2O3 加入量为熔盐总重的4%。最后,将坩埚置于电阻炉中加热,升温到所需的温度,保温一定时间。反应完成后进行浇铸,制得铝钪中间合金。
实验结果表明,适当延长反应时间及提高反应温度,在熔盐中添加少量ScF3,有利于制取高钪含量Al-Sr合金。较佳的工艺条件为:还原时间45min,熔盐中添加1%的ScF3,还原温度900℃,此时制得Al-Sr 中间合金中Sc含量可达2.59%,直收率为75%左右。物相分析表明,合金由黑白两相组成,其中黑色连续相为铝基,呈单质态,白色间断相由不规则形状的第二相粒子Al3Sc构成。

