熔鹽電解法制備Al-Cu-Nd三元合金及機理研究.pdf

1、Al-Cu系合金是鋁合金材料中最有代表性的高強韌性合金，且稀土Nd也是典型的過冷元素，能夠很好的細化強化合金。因此鋁銅釹系合金在很多的領域得到了廣泛應用。因此本論文以Na3AlF6-AlF3-MgF2-LiF- Al2O3-CuO-Nd2O3為熔鹽電解質，共電沉積制備Al-Cu-Nd合金。
　　首先研究溫度和電解質組分（C uO、Nd2O3）的加入量對電解質的物理化學性能的影響，研究結果分析得出：電導率隨溫度的增加而增加，密度隨溫

2、度升高呈ρ（T）=6.21078-0.00339T線性關系降低，粘度隨著溫度增加而逐漸降低；當溫度為935℃時，Nd2O3加入量為3 wt.％左右時，電導率和密度達最大值；Nd2O3加入量為2.5 wt.%粘度大最小值；且相比沒有加入2 wt.% CuO的電導率值要提高近15%，粘度值要降低近9.5%。
　　在Na3AlF6-MgF2-LiF電解質中，分別以Al2O3、Nd2O3和Al2O3、CuO為原料，溫度935℃，槽電壓3.

3、3V的條件下，制備Al-Nd和Al-Cu合金，并采用還原實驗及循環(huán)伏安法研究 C u2+及Nd3+的析出機理。研究分析表明：制得稀土Nd含量為4.72 wt.%和獲得純度達95.17%的Al-Nd合金，且合金中的釹與鋁合金化過程中主要是以顆粒狀的Al11Nd3相彌散分布在晶界中，同時通過還原實驗證實其中的Nd是可以經(jīng)過 Al熱還原反應過程得到；循環(huán)分析得知，Nd3+離子沒有出現(xiàn)特征峰，故 Nd3+離子難于與 Al3+離子共電析出，但在電

4、解過程中加入Nd2O3后Al3+離子擴散系數(shù)為D0=0.56子擴散系數(shù)D0=0.336提高接近一倍；同時可制得C u質量含量為11.51%，合金純度可達到97.2%的Al-Cu合金，且合金中C u以環(huán)狀相分布于晶界處，同時也通過還原實驗論證合金形成是結合共電沉積和鋁熱還原兩種還原過程；加入Al2O3后，由于極化作用，使得Cu電位正移其析出電位為-0.358V。
　　通過研究溫度、電壓、電解質組分對合金形成速率、組分元素的含量的影響

5、，分析得知Al-Cu-Nd合金較佳的工藝參數(shù)，即電解溫度為935℃、恒壓3.3V、氧化釹的加入為3%左右，此條件下合金形成速率達到最值，合金中Cu含量達11.34%，Nd含量可達4.17%，其余為Al的含量。
　　在不同溫度、外加電壓及氧化釹加入量的條件下制備的合金，通過SEM和EDS分析得知：Nd皆以白色棒狀或針狀相的Al6Cu3Nd2中間化合物存在于晶界處，Cu以環(huán)狀相的Al2C u及棒狀相的Al6C u3Nd2中間化合存在于