熔盐电解制备难熔金属的现状与展望

介绍了传统的熔盐电解法用于难熔金属制备的应用现状,分析了其存在的弊病:主要是传统熔盐电解法对电解质要求严格,难以找到合适的熔盐.而新开发的熔盐电解法--FFC法和SOM法,都从一定程度上降低了电解过程对电解质的要求,成为熔盐电解制备难熔金属发展的新方向,是低成本、连续化、无污染生产难熔金属的可行之路.上海大学综合分析了FFC法和SOM法的优缺点,提出了一种改良的SOM法,该方法有效避免了FFC法中的缺点,并在制备Ti,Ta,Cr上取得成功.     

熔盐电解渗铝的研究

采用含有少量冰晶石的等摩尔氯化钠和氯化钾熔盐体系,对镍基高温合金实现电解渗铝.结果表明,在800～900℃温度范围内,可获得由δ相和β相组成的铝化物涂层,其结构与固渗法所得相仿.作者运用循环伏安技术,恒电位和恒电流暂态测量等电化学方法,研究了电极/熔盐界面的电化学行为;揭示出铝原子往基体内部的扩散是整个过程的速度控制步骤;并求得铝原子在δ(Ni_2A1_3) 相金属间化合物中的扩散系数以及这一参数随温度变化的阿累尼乌斯线性关系.     

熔盐电解法制备金属钴的研究

在850℃的CaCl2熔盐中,以烧结后的Co3O4片体为阴极,高密度石墨碳棒为阳极,采用恒电压电解,成功制备出金属Co.采用扫描电子显微镜(SEM)分析样品电解前后的微观形貌;采用X射线衍射仪(XRD)分析电解产物的相组成.结果表明,烧结温度越高,试样的孔隙率越低,颗粒越大,电解速率越慢,产物的颗粒越大.经850℃烧结的氧化物试样,在3.1V工作电压下电解12h,可制备出海绵状纯相的金属Co.     

熔盐电解制备Mg-Zn-Sr三元合金及其组织分析

以Mg-33%Zn(质量分数)合金为阴极,石墨为阳极,在740℃的KCl-SrCl2熔盐体系中进行液态阴极合金化法电解,并在670℃浇铸反应液制备Mg-ZnSr合金。浇铸产物车削加工后取样,分别进行X射线荧光分析(XRF)、金相分析(OM)、扫描电镜形貌分析(SEM)、能谱分析(EDS)及X射线衍射分析(XRD),并与阴极合金组织进行比较。结果表明,实验成功制备了Mg-Zn-Sr三元合金,Sr的质量分数为1.6279%,且Sr细化了阴极合金的组织。对比熔炼制备的MgZn-Sr合金组织,电解的Sr具有更好的细化效果。     

熔盐电解制备硼及金属硼化物的开发前景

介绍了单质硼粉及金属硼化物的优良性能和应用前景,国内外制备和生产单质硼粉及金属硼化物的方法与原理.结合国内外实验与研究的现状,分析认为,熔盐电解法制备与生产单质硼粉及金属硼化物的优点是环境友好、反应条件容易控制、产品纯度高,是很有前途的方法.现存的主要问题是电极反应机理以及连续电解设备的开发,随着研究工作的深入开展,熔盐电解法的应用前景将非常广阔.     

Ti3Al金属间化合物的熔盐热腐蚀

采用电化学方法并结合扫描电镜、Ｘ射线衍射、电子探针和能谱等物相分析技术研究了Ｔｉ３Ａｌ金属间化合物在８００℃熔融ＮａＣｌ－（Ｎａ，Ｋ）２ＳＯ４体系中的腐蚀行为。结果表明，Ｔｉ３Ａｌ合金耐熔盐蚀性能远低于Ｎｉ基ＩＮ７３８合金。腐蚀时在合金表面形成外层为ＴｉＯ２，内层为富Ｎｂ的Ｎｂ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２的混面腐蚀产物层迅速增厚。腐蚀产物内层的富Ｎｂ氧化物破坏了膜层与合金基体的粘附性。     

加压浸出生产金红石及熔盐电解制备海绵钛新工艺探索

总结了人造金红石和海绵钛生产现状及存在的主要问题，讨论了制约钛生产的关键，对加压浸出制备人造金红石进行了试验研究，得到了纯度大于96%的人造金红石，并开展了熔盐电解制备海绵钛的试验研究。     

熔盐电解-区域熔炼法制备太阳能级硅的工艺研究

以高纯石英为原料,石墨坩埚和钨为电极材料,在CaCl2-LiCl混合熔盐(摩尔比9∶1)中电解制备Ca-Si合金,经区域熔炼提纯制得太阳能级硅(SG-Si)。用XRD,SEM和ICP-MS对电解合金及提纯后产物进行表征和含量分析。结果表明:在电解槽电压2.6V、温度850℃的条件下,产物为Ca-Si合金。经过两次区域熔炼提纯后,硅锭85%以上的区域纯度接近99.9999%,符合SG-Si的要求。     

氟化物介质熔盐电解制备Ni-Yb合金及其表征

采用LiF-CaF_2介质和Yb_2O_3原料的氟盐-氧化物体系电解制得了Ni-Yb合金。通过循环伏安法分析了Yb(Ⅲ)离子的电化学行为,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)表征并分析了电解产物的成分及物相组成。结果表明,在LiF-CaF_2(n(LiF)∶n(CaF_2)=77∶23)的体系中,温度为1 523 K,槽电压4.0 V,以金属Ni为自耗阴极,经3 h电解能成功制备出Ni-Yb合金。Yb(Ⅲ)离子的还原分两步进行,首先Yb(Ⅲ)得到一个电子,被还原为Yb(Ⅱ)离子,随后Yb(Ⅱ)离子在Ni阴极表面继续被还原为Yb并被合金化,最终形成基本组成相为Ni、Ni_5Yb、Ni_(17)Yb_2的合金。充分说明在活性较高的Ni电极表面能够通过去极化作用使Yb(Ⅱ)离子还原电位右移,突破了变价稀土元素Yb(Ⅱ)离子无法在氟盐介质中的惰性电极表面被还原为Yb的限制。     

真空蒸馏法综合回收稀土熔盐电解渣工艺研究

针对目前稀土熔盐电解渣中稀土、氟、锂综合回收率低的问题,研究开发了真空蒸馏处理稀土熔盐电解渣新工艺,考察了真空蒸馏温度、时间、真空度、原料粒度对稀土熔盐电解渣分离效果的影响。研究结果表明,在较优工艺条件下,F脱除率高达99.6%,氟化物回收率高达95.5%。与传统处理工艺相比,新工艺极大地缩短了工艺流程,且实现了渣中稀土、氟、锂资源的绿色高值利用。     

熔盐电脱氧制多晶硅过程电流效率的影响因素

电流效率是熔盐直接电解脱氧制备多晶硅的一项重要指标,它涉及到电解槽的产量和电耗.如何提高熔盐电解的电流效率对多晶硅的单位时间产量、降低单位电耗等具有重要意义.采用CaCl2为电解质、SiO2粉末压制片为阴极及自制石墨棒为阳极进行了实验研究.在具体实验中测定了制备多晶硅过程中电流效率随电解时间、温度、电流密度及电极间距的变化关系.结果表明,当电解时间为6～10h、电解温度为800～900℃、电流密度为0.78～1.20A/cm2、电极间距为4～7cm时,电解效率较高.     

熔盐电解法制备金属钛工艺中TiO2电极性能研究

采用模压成型法制备了TiO2电极。分别用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段分析了不同烧结温度下TiO2电极的形貌、物相。基于阿基米德定律和欧姆定律测定了不同烧结温度制备的TiO2电极的孔隙率和电阻率。分析结果表明,随烧结温度的升高,TiO2电极晶粒逐渐长大,柱状晶粒结晶程度越来越好,在1100℃和1200℃时平均粒径都在4μm左右;晶型随烧结温度的升高发生变化,温度高于1000℃时锐钛型TiO2全部转变为金红石型。孔隙率和电阻率随烧结温度的升高而减小,烧结温度越高,电极导电性能越好。1100℃和1200℃烧结后在1000~1050℃时电阻率约为0.14Ω.m并最终趋向于恒定。所制备的TiO2电极经熔盐电解实验后得到的金属钛含量高达99.69%。     

熔盐电解法制备TiW合金

采用熔盐电解法直接由TiO2和WO3混合物电极制备了高W含量的TiW合金,并对电解中的电流变化、物相组成和组织演变进行了研究分析。在900℃和3.1 V的电解条件下,在熔融CaCl2熔盐中,以石墨为阳极、TiO2和WO3的混合物为阴极进行电解,采用SEM、EDS和XRD等方法对电解还原过程中的产物进行了分析。电解后可制得成分可控的钛钨合金,氧含量较低。     

熔盐体系电沉积技术进展

用熔盐作为制备金属电沉积槽液的溶剂具有液态温度范围广和“电化学窗口”大等优异特点。熔点低于室温和在相当广的电位范围内不被分解的非质子型熔盐体系已相继出现,使像铝等不能自水熔液中阴极析出的金属能够实现电沉积。另一方面,熔盐体系的高液态温度不但可以自其中获取无内应力的金属镀层,而且还可靠电解条件的适当调节来实现扩散渗镀的过程。本文介绍上述熔盐体系电沉积技术的研究现状和应用前景。     

氧化物-氟化物系电解制取金属钕过程碳含量的控制

研究了在氧化物-氟化物体系电解制取金属钕过程中,电解槽结构、电解质组成、电解温度、加料速度等工艺条件对金属钕中碳含量的影响,在改进了电解槽结构,调整了电解质组成、电解温度、加料速度3个工艺参数,进行了为期30 d的工业试验.结果表明,采用改进后的电解槽,电解质的配比(质量百分数)控制在NdF3:LiF=90%:10%,正常电解时温度控制在1020～1040℃,出金属时的温度控制在1070～1080℃,加料速度控制在每隔40 min加2.0～2.5 kg就可以将金属钕中碳含量控制在0.03%以下.     

电解制样在不锈钢金相检验中的应用

使用电解抛光仪对奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢等不锈钢进行了电解制样,对各种不锈钢的电解制样参数进行了摸索,以满足不锈钢不同金相检验项目的高效快速检测,并对影响电解制样的因素、电解制样的常见缺陷及纠正方法、电解制样存在的问题及注意事项等分别进行了分析。结果表明:通过选择适当的电解参数和电解液使用电解制样方法可以获得较好的制样效果;如果电解参数或电解液选择不合理,所制备试样表面就会出现氧化膜、腐蚀坑及过腐蚀等缺陷;另电解制样还存在不能用于非金属夹杂物检验试样的制备、存在倒边以及所制试样碳化物检验级别稍高等不足;电解制样过程中还应注意要对电解液不断地进行搅拌,避免夹具浸入到电解液中,及时更新电解液等事项。     

NiAl基多相金属间化合物在LiCl-Li2O熔盐中的腐蚀行为

利用浸没法腐蚀实验研究了NiAl-28Cr-5．8Mo-0．2Hf和Ni-25A1-15Cr合金在750℃下，LiCl-10wt％Li2O熔盐中的腐蚀行为。实验结果表明：NiAl-28Cr-5．8Mo-0．2Hf和Ni-25A1-15Cr两种合金在750℃，LiCl-10wt％Li2O熔盐中的腐蚀产物都为LiCrO2、LiAlO2，NiAl-28Cr-5．8Mo-0．2Hf合金的耐蚀性能优于Ni-25Al-15Cr合金，主要是由于NiAl-28Cr-5、8Mo-0．2Hf合金两相里的NiAl(β）相的腐蚀滞后于Cr(Mo)相的腐蚀。在此种熔盐腐蚀环境下，两种合金形成的腐蚀层都是非保持性的，因此腐蚀动力学曲线呈直线。     

700℃熔盐电解制备固态钛铁合金化合物

采用熔盐电解法,在700℃的NaCl-CaCl2熔盐体系中直接电解固态金属氧化物制备钛铁合金化合物,以固态Fe粉和TiO2粉混合物为阴极,石墨棒为阳极,刚玉坩埚电解槽,槽电压3.4 V.结果表明,Fle粉和TiO2粉被电解得到钛铁合金.本文对Fe和TiO2不同配比阴极进行了研究,发现不同铁含量的阴极产物不同,在前7 h内随着铁元素含量的增加电解反应速度提高.     

钛金属新型冶金技术

尽管金属钛及其合金具有非常优异的机械性能,很强的耐腐蚀性能和耐高温性能,而且钛的矿藏资源在地球上也非常丰富,但全球金属钛的产量不到原铝产量的1%,也不到钛白粉产量的1/10。造成这一现象的主要原因是现行的钛金属生产方式,Kroll法的成本过高。在过去的几十年里,数十种新型的钛金属生产方式被提出,包括新的金属热还原,氯化物电解,氧化物熔体电解,氧化物固体电解以及复合阳极电解的方式。对上述新型钛生产工艺进行简要介绍。