氟化物体系熔盐电解制备稀土铝铜中间合金及其机理研究
发布时间：2022-11-11 22:21
由于稀土铝铜合金材料具有高强度、耐高温、抗腐蚀、良好延展性等优点,在航天航空、核能工业、电线电缆、新型特殊材料等方面有着广泛的应用。为了得到成分稳定、质量可靠的稀土铝铜应用合金,在工业生产上一般是先获得密度与基体近似的稀土铝铜中间合金。而现有稀土铝铜中间合金制备方法具有成本高、能耗大、周期长等缺点,因此寻求高效、环保、节能、经济、大规模地制备稀土铝铜中间合金的方法具有重要的现实意义。基于此,本文以Na3AlF6-Al F3-LiF-MgF2氟化物基础熔盐为电解质,用RE2O3（La2O3或Sm2O3）、Al2O3、CuO等金属氧化物（MeO）为电解原料,通过熔盐电解法制备RE（RE=La,Sm）-Al-Cu中间合金,在对熔盐体系溶解行为、熔盐结构、基本物化性质、电化学特征、电解制备工艺等研究的基础上,深入解析溶解机理、溶解动力...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 铝基中间合金
1.1.2 铜在铝合金中的作用与应用
1.1.3 稀土在铝合金中的作用与应用
1.2 RE-Al-Cu中间合金的制备和研究现状
1.2.1 制备方法的研究现状
1.2.2 熔盐电解制备RE-Al-Cu中间合金研究现状
1.2.3 与稀土铝铜电解相关氟化物体系研究现状
1.3 合金化稀土元素
1.3.1 镧
1.3.2 钐
1.4 本文研究意义及主要研究内容
1.4.1 研究意义
1.4.2 主要研究内容与技术路线
第二章 实验部分
2.1 实验原料及仪器
2.2 基础熔盐体系的选择
2.3 实验装置与研究方法
2.3.1 MeO溶解度实验
2.3.2 熔盐高温Raman实验
2.3.3 熔盐物性实验
2.3.4 电化学实验
2.3.5 中间合金的制备与产品表征
第三章 MeO在Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2熔盐中溶解行为研究
3.1 MeO溶解平衡曲线
3.2 温度对MeO溶解度的影响
3.2.1 温度对添加单一氧化物溶解度的影响
3.2.2 温度对添加混合氧化物溶解度的影响
3.3 NaF-AlF_3摩尔比对MeO溶解度的影响
3.3.1 NaF-AlF_3摩尔比对RE_2O_3溶解度的影响
3.3.2 NaF-AlF_3摩尔比对Al_2O_3溶解度的影响
3.3.3 NaF-AlF_3摩尔比对CuO溶解度的影响
3.4 MeO在Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2中溶解动力学模型
3.4.1 MeO颗粒缩小模型
3.4.2 MeO溶解传质模型
3.5 本章小结
第四章 Na_3AlF_6-AlF_3-RE_2O_3熔盐体系离子结构研究
4.1 常温Na_3AlF_6-AlF_3-RE_2O_3体系离子结构研究
4.1.1 Na_3AlF_6常温Raman光谱图
4.1.2 AlF_3常温Raman光谱图
4.1.3 RE_2O_3常温Raman光谱图
4.1.4 Na_3AlF_6-AlF_3-RE_2O_3常温Raman光谱图
4.2 高温Na_3AlF_6-AlF_3-RE_2O_3体系离子结构研究
4.2.1 Na_3AlF_6-AlF_3-La_2O_3高温原位Raman光谱图
4.2.2 Na_3AlF_6-AlF_3-Sm_2O_3高温原位Raman光谱图
4.3 本章小结
第五章 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐物理化学性质研究
5.1 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐密度的研究
5.1.1 温度对熔盐密度的影响
5.1.2 单一氧化物加入量对熔盐密度的影响
5.1.3 混合氧化物加入量对熔盐密度的影响
5.1.4 密度回归数学模型
5.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐粘度的研究
5.2.1 温度对熔盐粘度的影响
5.2.2 单一氧化物加入量对熔盐粘度的影响
5.2.3 混合氧化物加入量对熔盐粘度的影响
5.2.4 粘度回归数学模型
5.3 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐电导率的研究
5.3.1 温度对熔盐电导率的影响
5.3.2 单一氧化物加入量对熔盐电导率的影响
5.3.3 混合氧化物加入量对熔盐电导率的影响
5.3.4 电导率回归数学模型
5.4 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐表面张力的研究
5.4.1 温度对熔盐表面张力的影响
5.4.2 单一氧化物加入量对熔盐表面张力的影响
5.4.3 混合氧化物加入量对熔盐表面张力的影响
5.4.4 表面张力回归数学模型
5.5 本章小结
第六章 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐体系电化学行为研究
6.1 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2基础熔盐体系稳定性
6.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-La_2O_3-Al_2O_3-CuO体系电化学行为
6.2.1 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-La_2O_3-Al_2O_3-CuO体系循环伏安分析
6.2.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-La_2O_3-Al_2O_3-CuO体系计时电流及电位分析
6.3 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-Sm_2O_3-Al_2O_3-CuO体系电化学行为
6.3.1 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-Sm_2O_3-Al_2O_3-CuO体系循环伏安分析
6.3.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-Sm_2O_3-Al_2O_3体系计时电流及电位分析
6.4 本章小结
第七章 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐电解制备RE-Al-Cu中间合金工艺研究
7.1 La-Al二元中间合金制备的工艺研究
7.1.1 电解温度对La-Al合金制备过程的影响
7.1.2 电流密度对La-Al合金制备过程的影响
7.1.3 La-Al二元中间合金微观结构与表征
7.2 Sm-Al二元中间合金制备的工艺研究
7.2.1 电解温度对Sm-Al合金制备过程的影响
7.2.2 电流密度对Sm-Al合金制备过程的影响
7.2.3 Sm-Al二元中间合金微观结构与表征
7.3 La-Al-Cu三元中间合金制备的工艺研究
7.3.1 电解温度对La-Al-Cu合金制备过程的影响
7.3.2 电流密度对La-Al-Cu合金制备过程的影响
7.3.3 La-Al-Cu三元中间合金微观结构与表征
7.4 Sm-Al-Cu三元中间合金制备的工艺研究
7.4.1 电解温度对Sm-Al-Cu合金制备过程的影响
7.4.2 电流密度对Sm-Al-Cu合金制备过程的影响
7.4.3 Sm-Al-Cu三元中间合金微观结构与表征
7.5 本章小结
第八章 结论
8.1 主要研究成果
8.2 创新之处
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]MgCl2-KCl-AlF3-（La2O3）熔盐体系电解制备Al-Mg-La中间合金[J]. 张福男,王兆文. 东北大学学报(自然科学版). 2016(07)
[2]V2O5在NaCl-KCl-NaF熔盐体系中溶解度及溶解机理[J]. 武明雨,胡凯,徐鸣悦,王丛,李运刚. 钢铁钒钛. 2016(03)
[3]金属改变世界 我们改变金属——功能中间合金的自述[J]. 薛璇,董盈盈. 中国有色金属. 2015(24)
[4]La对AlSi10Cu0.2Mg0.2Mn和ZnAl12Cu1（Mg）铸造合金力学性能的影响[J]. 张福男,李现慕,王兆文. 东北大学学报(自然科学版). 2015(12)
[5]熔盐电解制备铝钕中间合金及其机理[J]. 廖春发,罗林生,王旭,汤浩. 中国有色金属学报. 2015(12)
[6]循环伏安法测定电极电催化活性的实验设计[J]. 吕江维,曲有鹏,田家宇,冯玉杰,刘峻峰. 实验室研究与探索. 2015(11)
[7]稀土金属制备技术发展及现状[J]. 王祥生,王志强,陈德宏,庞思明,徐立海,李宗安,颜世宏. 稀土. 2015(05)
[8]铝电解质初晶温度和氧化铝溶解度的理论计算[J]. 吕晓军,双亚静,胡凌云,刘建华,李劼. 轻金属. 2015(09)
[9]AlF3对冰晶石熔盐体系结构与性质影响的分子动力学模拟研究[J]. 田国才,王永志. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2015(03)
[10]NaCl-KCl-Na2WO4共融体系的计时电流与计时电位曲线分析[J]. 廖春发,房孟钊,王旭,杨少华,罗林生. 稀有金属. 2016(08)
博士论文
[1]熔盐电解法制备铝锆合金的研究[D]. 包莫日根高娃.东北大学 2015
[2]新型固态氧化物熔盐电解模式与机理研究[D]. 李伟.武汉大学 2010
[3]NdF3-LiF-Nd2O3系熔盐结构的研究与应用[D]. 胡宪伟.东北大学 2009
硕士论文
[1]熔盐电解法制备Al-Cu-Y中间合金及电化学机理研究[D]. 汤浩.江西理工大学 2016
[2]铈在LiCl-KCl熔盐体系中的电化学行为及其提取研究[D]. 王泸.南京理工大学 2015
[3]LaF3-LiF-La2O3系熔盐物理化学性质的研究[D]. 许名湘.东北大学 2014
[4]熔盐电解制备铝铽、铝镁铽中间合金及铽在铝电极欠电位沉积的研究[D]. 姜涛.哈尔滨工程大学 2013
[5]熔盐电解精炼铪的电化学机理及工艺研究[D]. 叶章根.北京有色金属研究总院 2012
[6]熔盐电解制备Mg-Li-Al-Pr合金及Pr（Ⅲ）的电化学行为研究[D]. 秦文竺.哈尔滨工程大学 2012
[7]熔盐电解法制备铝钪合金及其微观结构分析[D]. 韩昭勇.郑州大学 2011
[8]Mg-Li-Sm、Al-Li-Sm、Al-Li-Y合金的熔盐电解法制备及机理研究[D]. 田阳.哈尔滨工程大学 2011
[9]NaNO2-KNO3-NaNO3三元熔盐体系物理化学性质与结构的研究[D]. 刘风国.东北大学 2009
[10]稀土金属卤化物熔盐体系熔体结构的分子动力学模拟计算[D]. 崔衡.昆明理工大学 2002
本文编号：3705853
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 铝基中间合金
1.1.2 铜在铝合金中的作用与应用
1.1.3 稀土在铝合金中的作用与应用
1.2 RE-Al-Cu中间合金的制备和研究现状
1.2.1 制备方法的研究现状
1.2.2 熔盐电解制备RE-Al-Cu中间合金研究现状
1.2.3 与稀土铝铜电解相关氟化物体系研究现状
1.3 合金化稀土元素
1.3.1 镧
1.3.2 钐
1.4 本文研究意义及主要研究内容
1.4.1 研究意义
1.4.2 主要研究内容与技术路线
第二章 实验部分
2.1 实验原料及仪器
2.2 基础熔盐体系的选择
2.3 实验装置与研究方法
2.3.1 MeO溶解度实验
2.3.2 熔盐高温Raman实验
2.3.3 熔盐物性实验
2.3.4 电化学实验
2.3.5 中间合金的制备与产品表征
第三章 MeO在Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2熔盐中溶解行为研究
3.1 MeO溶解平衡曲线
3.2 温度对MeO溶解度的影响
3.2.1 温度对添加单一氧化物溶解度的影响
3.2.2 温度对添加混合氧化物溶解度的影响
3.3 NaF-AlF_3摩尔比对MeO溶解度的影响
3.3.1 NaF-AlF_3摩尔比对RE_2O_3溶解度的影响
3.3.2 NaF-AlF_3摩尔比对Al_2O_3溶解度的影响
3.3.3 NaF-AlF_3摩尔比对CuO溶解度的影响
3.4 MeO在Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2中溶解动力学模型
3.4.1 MeO颗粒缩小模型
3.4.2 MeO溶解传质模型
3.5 本章小结
第四章 Na_3AlF_6-AlF_3-RE_2O_3熔盐体系离子结构研究
4.1 常温Na_3AlF_6-AlF_3-RE_2O_3体系离子结构研究
4.1.1 Na_3AlF_6常温Raman光谱图
4.1.2 AlF_3常温Raman光谱图
4.1.3 RE_2O_3常温Raman光谱图
4.1.4 Na_3AlF_6-AlF_3-RE_2O_3常温Raman光谱图
4.2 高温Na_3AlF_6-AlF_3-RE_2O_3体系离子结构研究
4.2.1 Na_3AlF_6-AlF_3-La_2O_3高温原位Raman光谱图
4.2.2 Na_3AlF_6-AlF_3-Sm_2O_3高温原位Raman光谱图
4.3 本章小结
第五章 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐物理化学性质研究
5.1 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐密度的研究
5.1.1 温度对熔盐密度的影响
5.1.2 单一氧化物加入量对熔盐密度的影响
5.1.3 混合氧化物加入量对熔盐密度的影响
5.1.4 密度回归数学模型
5.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐粘度的研究
5.2.1 温度对熔盐粘度的影响
5.2.2 单一氧化物加入量对熔盐粘度的影响
5.2.3 混合氧化物加入量对熔盐粘度的影响
5.2.4 粘度回归数学模型
5.3 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐电导率的研究
5.3.1 温度对熔盐电导率的影响
5.3.2 单一氧化物加入量对熔盐电导率的影响
5.3.3 混合氧化物加入量对熔盐电导率的影响
5.3.4 电导率回归数学模型
5.4 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐表面张力的研究
5.4.1 温度对熔盐表面张力的影响
5.4.2 单一氧化物加入量对熔盐表面张力的影响
5.4.3 混合氧化物加入量对熔盐表面张力的影响
5.4.4 表面张力回归数学模型
5.5 本章小结
第六章 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐体系电化学行为研究
6.1 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2基础熔盐体系稳定性
6.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-La_2O_3-Al_2O_3-CuO体系电化学行为
6.2.1 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-La_2O_3-Al_2O_3-CuO体系循环伏安分析
6.2.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-La_2O_3-Al_2O_3-CuO体系计时电流及电位分析
6.3 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-Sm_2O_3-Al_2O_3-CuO体系电化学行为
6.3.1 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-Sm_2O_3-Al_2O_3-CuO体系循环伏安分析
6.3.2 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-Sm_2O_3-Al_2O_3体系计时电流及电位分析
6.4 本章小结
第七章 Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-MeO熔盐电解制备RE-Al-Cu中间合金工艺研究
7.1 La-Al二元中间合金制备的工艺研究
7.1.1 电解温度对La-Al合金制备过程的影响
7.1.2 电流密度对La-Al合金制备过程的影响
7.1.3 La-Al二元中间合金微观结构与表征
7.2 Sm-Al二元中间合金制备的工艺研究
7.2.1 电解温度对Sm-Al合金制备过程的影响
7.2.2 电流密度对Sm-Al合金制备过程的影响
7.2.3 Sm-Al二元中间合金微观结构与表征
7.3 La-Al-Cu三元中间合金制备的工艺研究
7.3.1 电解温度对La-Al-Cu合金制备过程的影响
7.3.2 电流密度对La-Al-Cu合金制备过程的影响
7.3.3 La-Al-Cu三元中间合金微观结构与表征
7.4 Sm-Al-Cu三元中间合金制备的工艺研究
7.4.1 电解温度对Sm-Al-Cu合金制备过程的影响
7.4.2 电流密度对Sm-Al-Cu合金制备过程的影响
7.4.3 Sm-Al-Cu三元中间合金微观结构与表征
7.5 本章小结
第八章 结论
8.1 主要研究成果
8.2 创新之处
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]MgCl2-KCl-AlF3-（La2O3）熔盐体系电解制备Al-Mg-La中间合金[J]. 张福男,王兆文. 东北大学学报(自然科学版). 2016(07)
[2]V2O5在NaCl-KCl-NaF熔盐体系中溶解度及溶解机理[J]. 武明雨,胡凯,徐鸣悦,王丛,李运刚. 钢铁钒钛. 2016(03)
[3]金属改变世界 我们改变金属——功能中间合金的自述[J]. 薛璇,董盈盈. 中国有色金属. 2015(24)
[4]La对AlSi10Cu0.2Mg0.2Mn和ZnAl12Cu1（Mg）铸造合金力学性能的影响[J]. 张福男,李现慕,王兆文. 东北大学学报(自然科学版). 2015(12)
[5]熔盐电解制备铝钕中间合金及其机理[J]. 廖春发,罗林生,王旭,汤浩. 中国有色金属学报. 2015(12)
[6]循环伏安法测定电极电催化活性的实验设计[J]. 吕江维,曲有鹏,田家宇,冯玉杰,刘峻峰. 实验室研究与探索. 2015(11)
[7]稀土金属制备技术发展及现状[J]. 王祥生,王志强,陈德宏,庞思明,徐立海,李宗安,颜世宏. 稀土. 2015(05)
[8]铝电解质初晶温度和氧化铝溶解度的理论计算[J]. 吕晓军,双亚静,胡凌云,刘建华,李劼. 轻金属. 2015(09)
[9]AlF3对冰晶石熔盐体系结构与性质影响的分子动力学模拟研究[J]. 田国才,王永志. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2015(03)
[10]NaCl-KCl-Na2WO4共融体系的计时电流与计时电位曲线分析[J]. 廖春发,房孟钊,王旭,杨少华,罗林生. 稀有金属. 2016(08)
博士论文
[1]熔盐电解法制备铝锆合金的研究[D]. 包莫日根高娃.东北大学 2015
[2]新型固态氧化物熔盐电解模式与机理研究[D]. 李伟.武汉大学 2010
[3]NdF3-LiF-Nd2O3系熔盐结构的研究与应用[D]. 胡宪伟.东北大学 2009
硕士论文
[1]熔盐电解法制备Al-Cu-Y中间合金及电化学机理研究[D]. 汤浩.江西理工大学 2016
[2]铈在LiCl-KCl熔盐体系中的电化学行为及其提取研究[D]. 王泸.南京理工大学 2015
[3]LaF3-LiF-La2O3系熔盐物理化学性质的研究[D]. 许名湘.东北大学 2014
[4]熔盐电解制备铝铽、铝镁铽中间合金及铽在铝电极欠电位沉积的研究[D]. 姜涛.哈尔滨工程大学 2013
[5]熔盐电解精炼铪的电化学机理及工艺研究[D]. 叶章根.北京有色金属研究总院 2012
[6]熔盐电解制备Mg-Li-Al-Pr合金及Pr（Ⅲ）的电化学行为研究[D]. 秦文竺.哈尔滨工程大学 2012
[7]熔盐电解法制备铝钪合金及其微观结构分析[D]. 韩昭勇.郑州大学 2011
[8]Mg-Li-Sm、Al-Li-Sm、Al-Li-Y合金的熔盐电解法制备及机理研究[D]. 田阳.哈尔滨工程大学 2011
[9]NaNO2-KNO3-NaNO3三元熔盐体系物理化学性质与结构的研究[D]. 刘风国.东北大学 2009
[10]稀土金属卤化物熔盐体系熔体结构的分子动力学模拟计算[D]. 崔衡.昆明理工大学 2002
本文编号：3705853
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3705853.html
