熔盐电解制备Mg-Li-Yb合金阴极过程机理研究

论文摘要

熔盐电解法制备Mg-Li-RE合金作为一种新工艺、新方法,具备可以通过调节电化学参数控制合金相,简化生产设备及流程,易于大规模生产等优点,成为近年来研究制备Mg-Li-RE合金的热点之一。本论文分别采用循环伏安法,计时电流法和计时电位法对MgCl2-LiCl-KCl熔盐体系中镁离子的阴极放电过程和Mg-Li合金的阴极共电沉积过程,以及LiCl-KCl-YbCl3熔盐体系中固体镁阴极上Mg-Yb合金和Mg-Li-Yb合金的电化学形成过程进行了研究。结果表明,MgCl2-LiCl-KCl熔盐中,镁电解过程的阴极过电压只有16-78 mV,电解过程的过电压主要是由阳极引起的。镁（Ⅱ）离子的阴极放电反应是两电子可逆电荷转移过程,其速度控制步骤是浓差极化引起的扩散步骤。Li+离子的阴极还原反应是受扩散步骤控制的不可逆过程。当MgCl2浓度降至5 wt.%以下时,Mg2+离子和Li+离子在Mo电极上共电沉积形成Mg-Li合金。恒电流电解制得不同Li含量的α相,α+β相和β相Mg-Li合金。YbCl3-LiCl-KCl熔盐中,Yb（Ⅲ）离子在Mg电极上发生阴极放电时,电极反应是分两个步骤进行的,第一步电极反应为单电子可逆电荷转移,第二步电极反应为两电子可逆电荷转移,由于形成Mg-Yb合金,产生了强烈的去极化作用使得两步反应得以发生,并且此两步反应均是由扩散步骤控制的可逆过程。阴极电位为-1.85 V（vs. Ag/AgCl）时,恒电位电解产物为Mg2Yb合金,但其产量很少。阴极电位为-2.50 V（vs. Ag/AgCl）时,恒电位电解产物为Mg-Li-Yb合金,且其产量比较大,产物横截面厚度大约为700μm。同时,Mg-Li-Yb合金相中Mg元素和Yb元素的分布很均匀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 熔盐电解法概述
• 1.1.2 镁锂及其稀土合金
• 1.2 镁及镁合金的应用
• 1.3 镁锂合金的研究与发展现状
• 1.4 稀土元素在镁锂合金中的作用
• 1.5 本文的研究目的及意义
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 熔盐电解制备合金的实验设计
• 2.1 实验仪器及试剂
• 2.1.1 实验仪器及试剂的选择
• 2.1.2 实验装置图及其设计原理
• 2.2 电解质及电极材料的预处理
• 2.2.1 电解质的组成及性质
• 2.2.2 电解质的准备
• 2.2.3 阳极材料的选择及处理
• 2.2.4 阴极材料的选择及处理
• 2.3 本章小结
• 第3章 镁离子阴极还原过程的研究
• 3.1 氯化镁的分解电压
• 3.2 阴极过电压及其控制步骤
• 3.2.1 阴极过电压
• 3.2.2 阴极过程的控制步骤
• 3.3 阴极还原的电子转移数
• 3.4 阴极还原过程及其可逆性
• 3.4.1 阴极还原过程
• 3.4.2 镁离子还原过程的可逆性
• 3.5 不同阴极上的镁离子还原过程
• 3.6 X射线衍射分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 共电沉积Mg-Li合金的阴极过程研究
• 2浓度下的电沉积过程'>4.1 不同MgCl₂浓度下的电沉积过程
• 2（0 wt.%）浓度时的电沉积过程'>4.1.1 MgCl₂（0 wt.%）浓度时的电沉积过程
• 2（2.5 wt.%）浓度时的电沉积过程'>4.1.2 MgCl₂（2.5 wt.%）浓度时的电沉积过程
• 2（5 wt.%）浓度时的电沉积过程'>4.1.3 MgCl₂（5 wt.%）浓度时的电沉积过程
• 2（10 wt.%）浓度时的电沉积过程'>4.1.4 MgCl₂（10 wt.%）浓度时的电沉积过程
• 4.2 Mg-Li合金的共电沉积过程
• 4.2.1 恒电流电解制备Mg-Li合金
• 4.2.2 恒电位电解制备Mg-Li合金
• 4.3 本章小结
• 第5章 电沉积Mg-Li-Yb合金的阴极过程研究
• 5.1 镱离子的阴极还原过程
• 5.1.1 镱离子的放电步骤及电子转移数
• 5.1.2 阴极还原的可逆性
• 5.1.3 阴极放电的控制步骤
• 5.2 Mg-Li-Yb合金的电化学沉积
• 5.2.1 恒电位电解制备Mg-Li-Yb合金
• 5.2.2 X射线衍射（XRD）分析
• 5.2.3 Mg-Li-Yb合金的相分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢