熔盐电沉积制备铝镁钪三元合金工艺过程的研究

发布时间：2020-05-23 17:21

【摘要】：钪是铝合金铸造晶粒组织最强的变质剂和加工半成品最有效的抗再结晶剂,该合金具有高的强度和韧性、良好的耐蚀性和可焊性,是航空航天、核能和船舰等国防军工尖端领域用新型铝合金结构材料。全球镁消费的40%左右一直是铝镁合金,而中国铝合金用镁也在30%以上,所以说镁是铝的主要合金元素,因此,铝镁钪合金凭借其特有的合金性能成为近年来研究应用的热点。以氧化镁和氧化钪为电解原料,MgF2-LiF-ScF3-KCl为电解体系,以石墨为阳极,液态铝液为阴极,通过控制电沉积电位法电解制备铝镁钪中间合金,实现高效率低能耗的工艺路线和高附加值的合金产品。采用氧化钪和氟化氢氨为原料,运用氟化反应,通过二次氟化制备氟化钪,通过XRD检测,氟化钪的纯度达到99.99%。选出了电解体系并确定了配比为50%MgF2-30%LiF-10%ScF3-10%KCl和电解温度850℃,测定了熔盐密度2.13g·cm-3和初晶温度673℃,研究了不同温度下1wt%氧化镁和氧化钪对熔盐体系电导率的影响,研究表明温度对熔盐电导率影响为随着温度每提高10℃,体系电导率增加0.023 S·m-1;1wt%氧化镁和氧化钪的加入,电导率下降0.1 S·m-1。研究了熔盐电解制备铝镁钪合金方法,电解过程电流效率和反电动势以及加料周期变化规律,并从理论上对加料前后反电动势变化进行了解释。在电解过程中,对于电解用石墨阳极的破损现象,进行了机理解释。研究表明,随着电流强度的每增大1A,反电动势增加0.14V。反电动势随时间的延长是先增大后减小,其极值点为当时间为80min时,反电动势为2.31V。反电动势随电解温度的增加呈下降趋势的,平均每增加20℃,反电动势下降0.04V。在电流效率的研究中,温度对电流效率的影响较大,随着温度的增加电流效率呈现先增大再变小的趋势,在温度达到860℃时电流效率达到72%的最大值。在电流强度2A-4.5A范围,3.5A时钪含量达到最大值为3.10wt%;一定时间范围(60min-120min),电流效率在时间到60min时达到最大值为72%,超过了此范围,电流效率有所降低。通过恒流制备铝镁钪的三元合金,进行显微镜和电镜的扫描发现,铝镁钪合金的浓度较为均匀。其中铝镁钪合金中钪含量可以达到3.10wt%,但镁含量很低在0.6wt%左右。通过循环伏安研究表明在钨电极上钪电子一步还原成为钪单质。
【图文】：

相图,相图,质体系,摩尔

MgF2-LiF相图

理论分解电压,熔盐,钾盐,电解质

图 2.2 800℃下的一些熔盐理论分解电压图Fig.2.2 Theoretical decomposition potential of metal fused salt in 800℃图中显示钾盐和钡盐可作为电解的电解质，金属镁电负性较小。钾盐为轻钡盐为重电解质。在前人对熔盐体系的研究基础上和一些实验基础上，对
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF821

【参考文献】