熔盐电解Al-Li-La系合金及其电化学行为研究

论文摘要

Al-Li合金是一种综合性能好、具有巨大开发潜力的轻质合金,用其取代普通Al合金可使构件的质量减轻而刚度提高。其具有明显的先进性,特点是锂量越高,合金密度越小,弹性模量越高。根据稀土的性能特点可将其分成两类：轻稀土（La系）和重稀土（Y系）。由于稀土具有独特的核外电子排布,在冶金、材料领域中有其独特的作用。稀土元素具有净化合金液,改善合金的铸造性能、细化和变质组织、提高合金的力学性能、增强合金耐蚀性、以及提高合金蠕变性能的作用。为了加强铝锂合金的各项力学性能,本实验中通过熔盐电解的方法制备铝锂镧合金。本文首先通过循环伏安法,方波伏安法,计时电流法,计时电位法和开路计时电位等方法讨论在LiCl-KCl-AlCl3-La2O3熔盐体系中铝离子和稀土离子的阴极放电过程和Al-Li合金的阴极共电沉积过程,讨论其阴极反应过程的电子转移数,可以确定Al （Ⅲ） /Al和La （Ⅲ）/La分别为为一步3电子转移反应。在LiCl-KCl-AlCl3（2wt.%）熔盐体系中,根据循环伏安法测得三价铝离子的扩散系数在743K,773K和803K下的扩散系数分别为5.49×10-6cm2·s-1,6.17×10-6cm2·s-1和7.24×10-6cm2.s-1,扩散系数与温度的关系符合Arrhenius方程。LiCl-KCl-AlCl3（2wt%）-La2O3（1 wt%）熔盐体系中铝离子和镧离子在惰性电极Mo上共电沉积形成铝镧中问合金。在计时电流曲线中,,Ic与t-1/2都呈现出良好的线性关系,并且阴极电流随着阴极电位的负移而增大,La（Ⅲ）离子的控制步骤为扩散控制步骤。La（Ⅲ）离子的扩散系数计算分别采用计时电位法和计时电流法计算,其值分别为0.46×10-5cm2s-1,和1.09×10-5m2s-1,并采用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP）,Ⅹ射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对恒电位电解产物和结构以及表面形貌分析。其次,根据电化学机理的研究,指导其在LiCl-KCl-AlCl3-La2O3熔盐体系中恒电流电解,制备Al-Li-La合金,对其进行工艺研究,讨论电解时问,电解温度以及电流密度对合金组成的影响,产品进行扫描电子显微镜（SEM）,Ⅹ射线衍射（XRD）分析,证明了氧化稀土可以一步电解制备Al-Li-La合金。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 铝合金概述
• 1.1.1 铝和铝合金
• 1.1.2 铝锂合金
• 1.1.3 Al-Li合金的研究现状
• 1.2 熔盐电解
• 1.2.1 熔盐电解概述
• 1.2.2 熔盐电解工艺条件
• 1.3 稀土电解熔盐体系的作用
• 1.4 本文研究目的及意义
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验仪器及试剂
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 熔盐体系的选择
• 2.2.2 电解质的性质
• 2.2.3 试剂处理与准备
• 2.3 实验装置
• 2.3.1 电解池装置
• 2.3.2 电极的选择与制作
• 2.4 化学实验测试
• 2.4.1 循环伏安法
• 2.4.2 计时电流法
• 2.4.3 计时电位法
• 2.5 实验流程
• 2.6 样品测试分析
• 2.6.1 电感耦合等离子体发射光谱仪
• 2.6.2 X射线衍射仪
• 2.6.3 扫描电子显微镜
• 2.6.4 能谱仪
• 2.6.5 金相显微镜
• 第3章 共电沉积铝锂合金研究机理
• 3.1 引言
• 3.2 铝锂合金电化学机理研究
• 3.2.1 循环伏安法
• 3.2.2 开路计时电位
• 3.2.3 方波伏安法
• 3.3 本章小结
• 第4章 共电沉积Al-Li-La合金电化学机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 循环伏安法
• 4.3 开路计时电位法
• 4.4 方波伏安法
• 4.5 计时电位法
• 4.6 计时电流法
• 4.7 本章小结
• 第5章 共沉积制备铝锂镧合金的工艺研究及表征
• 5.1 恒电流电解铝锂镧合金
• 5.1.1 电解温度对合金组分的影响
• 5.1.2 电流密度对合金组分的影响
• 5.1.3 电解时间对合金组分的影响
• 5.2 恒电流电解铝锂镧合金沉积物表征
• 5.2.1 X射线衍射图谱分析
• 5.2.2 SEM显微结构分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 本文创新点
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢