熔盐电解法制备Al-Cu-Y中间合金及电化学机理研究

发布时间：2020-05-08 17:54

【摘要】：铝铜系合金是国民经济和国防建设中重要的材料,中重稀土Y加入到合金中可提高合金的强度、硬度和电导率等性能,铝铜钇合金可在多个领域得到应用。本论文以Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-Al_2O_3-Y_2O_3-CuO为电解质体系,采用熔盐电解法制备Al-Cu-Y中间合金。首先研究温度和原料含量对电解质物理性质的影响,结果表明:熔盐体系黏度随温度升高而降低,黏度随Al_2O_3、Y_2O_3、CuO含量增大而增大。密度随着温度和Al_2O_3含量升高而减小,Y_2O_3、CuO含量增加,熔盐体系密度增大。表面张力随温度和Al_2O_3、Y_2O_3含量升高而降低,CuO含量增大,表面张力增大。电导率随温度和CuO含量升高而增大,随Y_2O_3含量增大而减小,Al_2O_3含量增大,电导率趋势呈y=3.12245-0.15912W_(Al_2O_3)线性减小。运用三电极体系以循环伏安法、计时电流法和计时电位法研究了Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2熔盐体系中1208K温度下Al(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Y(Ⅲ)在钨电极上的电化学还原过程及其控制步骤。结果表明:Al(Ⅲ)的电化学过程为一步转移3个电子的准可逆反应,析出电位在-1.0V附近,Al(Ⅲ)沉积过程为瞬时成核,电化学反应过程受扩散控制,扩散系数D=1.58×10~(-4)cm~2/s。Cu(Ⅱ)的电化学过程为一步转移2个电子的准可逆反应,析出电位在-0.36V附近,扩散系数D=2.78×10~(-5)cm~2/s。Y(Ⅲ)的还原峰、氧化峰无法被扫出来。当同时加入Al_2O_3、CuO、Y_2O_3时,Al(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)在熔盐体系中的电化学过程都为一步转移电子的准可逆反应,Cu(Ⅱ)和Al(Ⅲ)的析出电位分别为-0.19V、-1.12V,Y(Ⅲ)的还原峰、氧化峰同样无法被扫出来,通过计算Al(Ⅲ)的扩散系数D=3.06×10~(-5)cm~2/s,Cu(Ⅱ)的扩散系数D=2.43×10~(-5)cm~2/s。在恒电流电解条件下改变电解温度和电流密度制备铝铜钇中间合金,研究表明:电解温度为935℃,电流密度为0.7A/cm~2,电解时间为2h时,中间合金中Al、Y的含量和中间合金重量达到最大。采用极化曲线估算法对熔盐体系的反电动势进行了测定,得出反电动势E_反=1.75V。SEM图和能谱图分析表明,中间合金中Al主要分布在基体上,Cu主要分布在晶界上与Al形成金属间化合物,钇以弥散粒状形式分布在合金中,部分聚集在晶界上与Cu、Al形成化合物。通过XRD检测得出中间合金中金属间化合物主要是以Al_2Cu相和Cu_5Y相形式存在。对硬度和电导率性能进行表征,说明添加Y到合金中可显著提高合金的硬度和电导率等性能。
【图文】：

Al-Y二元合金相图

Al-Cu二元合金相图
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF821

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本文编号：2654989