鎂鋰基合金電解法制備及機理研究.pdf

1、鎂鋰合金堪稱超輕合金，在輕量化要求的工業(yè)領(lǐng)域有著誘人的前景。鎂鋰合金的制備都是采用對摻法，本論文用熔鹽電解的方法制備鎂鋰基合金，并對其電化學過程和機理、合金相結(jié)構(gòu)等進行了深入的研究。在金屬的沉積過程、合金化過程、合金的相控制、合金成分的控制等方面取得了重要成果。
　　 本論文第一部分工作是在LiCl-KCl熔鹽體系中，用陰極合金化法在固態(tài)鎂電極上制備了鎂鋰合金，在480℃下，通過選擇電解參數(shù)可以控制生成合金的相組成。在-2.26

2、、-2.30和-2.39 V(vs.Ag/AgCl)電位下恒電位電解30分鐘分別得到厚度為182、365和2140μm的α、α+β和β相Mg-Li合金。
　　 本文第二部分工作是在惰性電極上，670℃時通過共電沉積方法直接從KCl-LiCl-MgCl2熔鹽體系中電解得到鎂鋰合金。采用循環(huán)伏安法、計時電位法、計時電流法測定了Mg(Ⅱ)離子在熔鹽中的擴散系數(shù)，并研究了鎂和鋰共電沉積的條件。通過恒電流電解制備了三種不同相的鎂鋰合金，并

3、考察了電解參數(shù)及MgCl2濃度對鎂鋰合金中鋰含量的影響。在含有5wt.％MgCl2的熔鹽中，MgCl2的極限電流密度為0.35 A·cm-2，超過此值時，Mg和Li就能產(chǎn)生共電沉積；在電流密度為6.21 A·cm-2電解2 h條件下，只有當MgCl2濃度小于l0wt.％時，才能得到Mg-Li合金。共電沉積法具有工序簡單和能耗較低的優(yōu)點。
　　 本文第三部分工作是在670℃時，在鉬電極上，從LiCl-KCl-MgCl2-XCln(

4、X=Al、Zn和Y，n=2或3)熔鹽中直接共電沉積制備鎂鋰鋁、鎂鋰鋅和鎂鋰釔合金。采用不同的電化學技術(shù)研究了Mg(Ⅱ)、Li(Ⅰ)和第三種合金化元素X(X=Al、Zn和Y)的電還原過程和共沉積條件。首次運用計時電流和計時電位等方法判斷各種金屬的沉積順序及合金形成過程。從而實現(xiàn)一種從源頭開始，集合金組分共電沉積-合金化-均勻化于一體的熔鹽電解制備Mg-Li及Mg-Li基合金的新方法。研究中發(fā)現(xiàn)在LiCl-KCl-MgCl2-XCln熔鹽體

5、系中，在鉬電極上首先形成的是Mg-X合金(X=Al、Zn和Y)，之后鋰在預先沉積的Mg-X上的欠電位沉積會形成Mg-Li-X合金。三種鎂鋰基合金共電沉積條件分別為：在含有1wt.％AlCl3的LiCl-KCl-MgCl2(5wt.％)熔鹽中，當電流密度低于-0.47A·cm-2或電極電位負于-2.100 V時會發(fā)生鎂、鋰和鋁的共電沉積；在含1wt.％ZnCl2的LiCl-KCl-MgCl2(8wt.％)熔鹽中，當電流密度低于-0.78

6、A·cm-2或電極電位負于-2.000 V時會發(fā)生鎂、鋰和鋅的共沉積；鎂、鋰和鋁共電沉積的開始電位是-2.100 V，當時會發(fā)生發(fā)鎂、鋰和鋁的共電沉積；在含5wt.％YCl3的LiCl-KCl-MgCl2(5wt.％)熔鹽中，當電流密度低于-0.47 A·cm-2時會發(fā)生鎂、鋰和釔的共沉積。
　　 通過恒電位和恒電流電解，制取了不同Li和X(X=Al、Zn和Y)含量的鎂鋰基合金，并對合金產(chǎn)品進行了XRD、金相顯微鏡、掃描電子顯微