锌电解沉积用铅基三元合金阳极的第一性原理研究

发布时间：2020-05-25 13:44

【摘要】：现代湿法炼锌工业广泛使用的不溶性阳极板材是铅合金,研究发现Pb-Sb合金能降低阳极电位。铅锑合金随着锑含量的增加,阳极电位下降,析氢电位也随之下降,降低了析出锌的百分率,所以铅锑合金在应用中常通过不断降低锑的含量,缓解析氢电位下降,但是却引起阳极板电极电位升高、力学性能不佳等问题,不能满足工业生产要求。故低锑铅合金的改性研究成了很多科研工作者的研究方向。本论文针对低锑铅合金存在的问题,通过添加不同含量的稀土元素(Ce、Pr)对低锑铅合金的电极电位以及相关力学性能进行改性研究。论文采用第一性原理计算稀土铅锑合金固溶体结构的形成热及结合能,比较添加前后费米能级、弹性常数的改变,预测添加Ce、Pr对低锑铅合金电化学性能及相关力学性能的影响。并在此基础上制备各合金电极材料,通过LSV、拉伸等实验测试各合金的电极电位及相关力学性能,并与模拟计算结果对比。发现：(1) 添加1.0wt%Pr后低锑铅合金固溶体模型不稳定,其他固溶体模型能稳定存在。Ce、Pr的掺杂均能提高低锑铅合金的费米能级值,Ce添加的最佳含量为1.0wt%,Pr添加的最佳含量为0.2wt%,且添加1.0wt%Ce的低锑铅合金固溶体的费米能级值大于掺杂0.2wt%Pr。(2) 通过G/B值和泊松比对比发现,添加Ce能有效的改善低锑铅合金的塑性,添加Pr之后对低锑铅合金的塑性改变不明显。(3)LSV测试说明在低锑铅合金中添加稀土元素Ce和Pr均能降低阳极电位,趋势与模拟计算结果基本吻合。恒压极化测试说明添加稀土元素Ce、Pr之后能够加快氧气的析出,对氧气的析出有电催化的效果,降低电极电位。同时,添加Ce、Pr之后都改善腐蚀层形貌及成分。(4) 添加Ce和Pr均能提高低锑铅合金的均匀延伸率,说明Ce和Pr能够改善低锑铅合金的塑性,但是掺杂Ce比掺杂Pr的效果显著,掺杂Ce能有效解决低锑铅合金力学性能不佳的现象。实验中延伸率与模拟结果G/B值呈现同一规律,反映了模拟结果的准确性。抗拉强度随Ce、Pr掺杂含量升高而提升,Pr对低锑合金的抗拉强度的改善效果要强于Ce。(5) 结合模拟计算和实验结果,掺杂1.0wt%Ce,能有效的改善低锑铅合金电极电位低,力学性能不佳等问题。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF813
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本文编号：2680239