熔盐电解法制备铝钪合金及其微观结构分析

论文摘要

本文主要介绍了实验室条件下小型电解槽的设计与制作,使用电解槽测试并电解出纯铝、铝钛合金和铝钪合金,分析探讨了铝钪合金的细化效果和细化机制。电解体系采用冰晶石-氧化铝作为电解实验的主要体系,氟化镁和氟化钙作为添加剂。在电解的过程中不断发现问题,做了大量的改进并付诸实践,以保证电解过程有序的进行。比如：把原来阴极的棒状结构改为盘状,原来阳极的筒状改为圆柱状,提高了电流效率；所选用的石墨由原来的高纯石墨换为粗石墨克服了阴阳极的断裂问题。经过多次改进,最终设计和制作出一套易操作、高效率的电解设备,并使用它在单次实验中制备出约1公斤的铝钪合金。对熔盐电解法制备的铝钪合金成分及微观结构等进行了分析。结果表明电解制备的铝钪合金细化效果明显优于熔配制备的合金。随着含钪量的增加,细化效果也越来越显著。和电解法相比较,熔配法制备的铝钪合金不但晶粒细化效果不明显,而且钪的分布也不均匀,容易出现偏聚现象。钪对铝合金晶粒的细化作用主要因为Al3Sc与Al有高匹配性,两者晶格的错配度小于1%。Al3Sc符合作为非均质形核的结构条件,能很好的润湿基体的晶粒,减小两者之间的接触角,使Al3Sc相和基体晶粒接触的结晶面具有比较小的表面张力,有利于非均质形核的形成,能够达到细化晶粒的目的。对熔盐电解法制得的铝钪合金晶粒的面积、平均直径、长半径、短半径和长短径之比进行定量测量和计算,绘制出晶粒的特征尺寸随着铝钪合金中钪含量增加的变化曲线图；并采用概率密度分布具体分析了上述特征尺寸的分布图。结果表明,随着钪含量的增加,概率密度分布曲线图逐渐向左移动,峰值越来越大,晶粒的尺寸越来越小,分布范围也逐渐缩小,并且集中度明显增高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 稀土元素钪的研究现状
• 1.1.1 稀土元素钪的性质
• 1.1.2 稀土元素钪的制备方法
• 1.2 铝钪合金的研究现状
• 1.2.1 铝钪合金的应用与前景
• 1.2.2 钪在铝合金中的作用
• 1.3 铝钪合金的制备方法
• 1.3.1 对掺法制备铝钪合金
• 1.3.2 金属热还原法制备铝钪合金
• 1.3.3 熔盐电解法制备铝钪合金
• 1.4 论文研究的主要内容
• 2 电解槽的设计制作与电解过程的探索
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备的设计与制作
• 2.3 电解过程的探索
• 2.3.1 电解纯铝
• 2.3.2 电解铝钛合金
• 2.4 本章小结
• 3 电解质的分子比及铝钪合金的制备
• 3.1 电解质分子比及其测定
• 3.1.1 分子比对电解过程的影响
• 3.1.2 分子比的测定
• 3.2 熔盐电解法制备铝钪合金
• 3.2.1 氧化钪在冰晶石—氧化铝体系中的溶解性能
• 3.2.2 电解制备铝钪合金
• 3.3 熔配法制备铝钪合金
• 3.4 本章小结
• 4 铝钪合金的组织分析
• 4.1 铝钪合金成分分析
• 4.2 铝钪合金金相组织分析
• 4.3 扫描电镜分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历