鋁鈧與鎂鋰基合金的熔鹽電解制備及機理研究.pdf

1、鋁基和鎂鋰基合金都是輕合金,在輕量化要求的工業(yè)領(lǐng)域有著誘人的前景。然而鋁基和鎂鋰基合金的工業(yè)制備多采用對摻法和金屬熱還原法,本論文用熔鹽電解共電沉積的方法直接制備液態(tài)鋁基和鎂鋰基合金,并對其電化學(xué)機理、電解工藝和合金微觀結(jié)構(gòu)等進行了深入研究。
　　 本論文第一部分工作是700℃時在LiCl-KCl-AlF3和LiCl-KCl-AlF3-Sc2O3熔鹽體系中,采用不同的電化學(xué)測試技術(shù)研究了Al3+和Sc3+離子在鉬電極上的電化學(xué)還

2、原過程以及鋁、鈧共電沉積的條件。結(jié)果表明Al3+和Sc3+離子的陰極還原反應(yīng)均是受擴散傳質(zhì)步驟控制的可逆過程,但都存在一定的不可逆性。在含有1.4 wt.％AlF3和1.1 wt.％Sc2O3的熔鹽體系中,電流密度低于-0.35.A·cm-2時會發(fā)生金屬鋁和鈧的共電沉積,鋁和鈧共電沉積的開始電位是-1.70 V。在含2.1wt.％AlF3和2.1 wt.％Sc2O3的熔鹽體系中,電流密度低于-0.20 A·cm-2時會發(fā)生金屬鋁和鈧的共

3、電沉積,鋁和鈧共電沉積的開始電位是-1.65 V。溫度為650℃～740℃時,在熔鹽體系LiCl-KCl-AlF3-Sc2O3中通過恒流電解的方法成功制備了Al-Sc合金,電流效率最高可達93％。合金中的相組成為α-Al和Al3Sc,Sc以金屬間化合物Al3Sc的形式均勻分布于合金中,無偏析現(xiàn)象。
　　 本論文第二部分工作是溫度為680℃～800℃時,在熔鹽體系LiCl-KCl-MgCl2-KF-RE2(CO3)3中通過恒流電解

4、的方法成功制備了Mg-Li-Ce-La合金,并對電解工藝參數(shù)和合金微觀結(jié)構(gòu)進行研究。結(jié)果表明,當(dāng)MgCl2的濃度達到5wt.％時,金屬Mg、Li、Ce和La可以發(fā)生共沉積;當(dāng)電流密度為15.9A·cm-2,電解溫度為750℃,恒流電解兩個小時,電流效率最大可以達到約55％;當(dāng)Li含量較低時,合金相組成為α-Mg,CeMg12和La2Mg17;當(dāng)Li含量較高時,相組成主要為β-Li,CeMg3和LaMg3;合金橫截面的表面形貌呈連續(xù)的網(wǎng)狀

5、結(jié)構(gòu),稀土主要以金屬間化合物Mg-Ce(La)的形式分布在晶界處。
　　 本論文第三部分工作是在溫度范圍為600℃-750℃時,在LiCl-KCl-ScCl3(0.66wt.％)熔鹽體系中研究Sc3+在鉬陰極上的電化學(xué)還原過程,Sc3+離子的陰極還原反應(yīng)是受擴散控制的可逆過程。采用循環(huán)伏安和計時電位法測定不同溫度下Sc3+離子的擴散系數(shù),并根據(jù)阿倫尼烏斯方程得出活化能EA=54.52 kJ·mol-1。650℃時在LiCl-KC