KF-AlF_3-Sc_2O_3熔盐体系下沉阴极法制备Al-Sc合金的实验研究

在KF-AlF_3-Sc_2O_3熔盐体系中,研究下沉阴极法制备Al-Sc合金的工艺技术。采用XRD、SEM分析了所制备Al-Sc合金的物相组成、微观组织以及微区成分含量;研究了电解温度、阴极电流密度、熔盐组成对熔盐电解电流效率的影响。实验结果表明,Al-Sc合金中含有Al相、Sc相以及Al_3Sc相;Al-Sc合金夹杂了少量熔盐,Al_3Sc相在合金中的分布和形态呈不规则状。电解过程的最佳工艺条件为:在KF-AlF_3-Sc_2O_3熔盐体系中,液态铝为下沉阴极,Sc_2O_3为电解质,熔盐体系KF/AlF_3摩尔比1.3,电解温度800℃,电解时间25min,电流密度1.592A/cm~2;此条件下所制备Al-Sc合金中Sc含量最高可达6.710%,平均电流效率达到57.28%。     

电磁场对旋转铝液阴极法制备铝镁中间合金作用行为的研究

以MgO为电解原料,在Na_3PO_3-MgF_2体系中采用旋转铝液阴极法制备铝镁中间合金。采用熔盐电解监控仪和Teslameter测量电解过程中的反电动势、电流强度及磁场强度等工艺参数,并利用SEM及XRD技术分析了合金产物的微观结构,探讨了旋转铝液阴极合金化过程中反电动势、电流效率及合金中镁浓度的变化规律。结果表明,旋转铝液阴极化过程可有效降低反电动势,并提高电流效率及合金中镁的质量浓度。在950℃、电流5 A、外加40 mT磁场的条件下,电解3 h可制取镁含量24.5%的铝镁合金,电流效率可达83%。所得合金样品组织致密,各元素在合金中的分布较均匀,合金物相主要为Al_(12)Mg_(17)。     

以Er_2O_3为铒源制备铝铒中间合金的反电动势研究

以Er_2O_3为铒源,在750℃,熔盐KF(25%)-LiF(20%)-ErF_3(10%)-KCl(45%)体系中,下沉铝为阴极,研究铝铒中间合金的反电动势。结果表明:在16A/dm~2的条件下,反电动势随着时间增加出现先增大后稳定不变,加入2%Er_2O_3,反电动势平均下降0.19V,测得加料周期为6min。随着电流密度增加,电流效率、铝铒中间合金中铒的浓度均呈现先增大后减小趋势。在电解时间为24min、12A/dm2时电流效率达到最大值74.64%,合金中铒的浓度达到最大值3.65%。合金成分主要为Al3Er,少部分为Al12Er,且分布较为均匀。     

熔盐电解制备Dy-Cu合金及其电极还原过程研究

采用LiF-DyF_3为基础熔盐电解质,Dy_2O_3、Cu_2O为电解原料,采用熔盐电解法制备了Dy-Cu中间合金。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对电解产物的形貌及物相组成进行分析;通过循环伏安法分析Dy(Ⅲ)、Cu(Ⅰ)在钨阴极的电极还原过程。结果表明,LiF-DyF_3(24mol%)-3%Dy_2O_3-1%Cu_2O体系下,控制温度970℃、电解时间1.0 h,可制备Cu-Dy中间合金且合金主要物相为CuDy;当电解过程稳定进行时,相同阴极电流密度下,槽电压的变化较小,而随着阴极电流密度的提高,槽电压逐渐增大,电流效率先升高后降低;在LiF-DyF_3(24mol%)熔盐体系内,Dy_2O_3、Cu_2O电极还原过程都是一步完成,Dy(Ⅲ)在钨电极上还原电位在-0.6～-0.4 V附近;Cu(Ⅰ)在钨电极上还原电位在-0.6 V附近。     

钾冰晶石—氧化钪体系中铝热还原反应过程的研究

在钾冰晶石—氧化钪熔盐中,采用铝热还原和直接电解制备铝钪合金。在引入Al3Sc相生成自由能并考虑活度后,热力学计算表明,铝热还原氧化钪反应在本试验条件下可以发生。750℃在K3AlF6-2%Sc2O3(CR=1.22)熔盐中,电解制备的合金中钪含量可达0.97%,而铝热还原反应所获合金中钪含量小于0.18%,且随反应时间的延长和熔盐中氧化钪浓度的增加,合金钪含量的增幅趋缓。电解合金中钪分布均匀,而铝热还原合金中钪主要存在于边缘区域。     

ScF3冰晶石熔盐体系中铝热还原Sc2O3制备Al-Sc中间合金

在nNaF.AlF3—KCl—NaCl熔盐体系中,用液态铝还原Sc2O3制备Al—Sc中间合金,加入适量的ScF3,可以提高Sc2O3在熔盐体系中的溶解度,从而提高Al—Sc中间合金中钪的含量(可达2%)和钪的收率以及Al—Sc中间合金的质量,降低Al—Sc中间合金的生产成本,并为Al—Sc中间合金的广泛应用创造有利条件。     

阴极铝液法制备Al-M-Sc合金组织及其力学性能研究

铝合金在现代工业、交通、航空航天等领域广泛应用,微量添加合金元素钪可进一步改善其加工和使用性能。采用阴极铝液法熔盐直接制备Al-M-Sc合金,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Sc含量、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察含Sc相形貌以及X射线衍射(XRD)、显微硬度测试研究,发现在相同电解条件下,以二元合金阴极铝液电解合金的Sc含量大于高纯铝阴极电解合金Sc含量(0.41%,质量分数),且Al-5Li阴极电解合金中Sc含量可达1.25%。Al-M-Sc合金中含Sc形式以二元Al₃Sc相、三元W-(Al,Cu,Sc)相和AlSi₂Sc₂相为主。这与添加合金元素增大阴极铝液过热度而有利于与强化其扩散有关。Al-5Mg-Sc,Al-7Zn-Sc和Al-5Li-Sc合金中Sc以Al₃Sc相形式存在;Al-4Cu-Sc合金中以Al₃Sc和W-(Al,Cu,Sc)相两种形式存在;Al Si₂Sc₂相存在于Al-7Si-Sc合金中。Al...     

透氧膜法直接制备LaNi_4Al合金的研究

采用固体透氧膜(SOM)法电解La_2O_3-NiO-Al_2O_3烧结片,直接制备储氢合金LaNi4Al。该工艺用只允许氧离子通过的固体透氧膜隔开阴极和阳极,可采用较高的电解电压(3.8V)以获取更高的电解速率。采用SEM和XRD分析了烧结阴极片形貌、组成以及在熔盐中浸蚀后的变化,通过电解中间产物相组成分析了反应机理。结果表明:SOM法由La_2O_3-NiO-Al_2O_3直接制备LaNi4Al是可行的;La_2O_3-NiO-Al_2O_3阴极片1150℃烧结后的组成为LaAlO_3、NiO;烧结片电解机理为LaAlO_3脱氧生成LaOCl、Al,NiO脱氧反应生成Ni,随后LaOCl、Al、Ni反应生成LaNi4Al;反应的电流效率为92.7%,能耗3.55kW·h/kg。工艺流程短、效率高,有良好的应用前景。     

LiF-CaF_2-SmF_3体系熔盐电解制备SmFe合金的电化学机制研究

研究了1173 K时在Li F-CaF_2-5SmF_3(%,质量分数)体系中,Sm(III)在Mo电极和Fe电极上的电化学行为。当研究电极为惰性Mo电极时,通过循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)的研究结果表明:Sm(III)在-1.58 V左右发生了一步单电子转移还原反应,生成了Sm(II),通过不同扫速(扫速不高于0.25 V·s-1)的CV曲线证实,Sm(III)/Sm(II)转换的氧化还原反应为可溶-可逆反应,该反应的存在将使电解电流效率降低;在Mo电极上未观察到Sm(II)→Sm(0)的信号,说明在该体系中无法在惰性电极上通过熔盐电解直接得到金属Sm;当研究电极为Fe电极时,CV和开路计时电位(OCP)检测均发现了Sm Fex合金生成的电化学信号,证实Sm(II)可以在活性铁电极上发生欠电位沉积从而生成Sm Fex合金;对合金进行了电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析,确认了合金中的相成分为Sm Fe2,Fe和Sm。     

液态阴极熔盐电解法制备锌—稀土中间合金的研究

采用液态锌作阴极的熔盐电解法,从氯化钠,氯化钾-氯化稀土熔盐电解质中,电解制备了锌-稀土中间合金。研究了电解质组成,电解温度,电流密度及搅拌等因素对电流效率的影响,在最佳电解工艺条件下,其电流密度84％。X射线衍射分析表明,稀土在锌-稀土中间合金中以ReZn_(11)形式存在。     

熔盐电解法制取Zn-Al-RE合金的研究

以Zn-Al合金为阴极,以RECl_3-KCl-NaCl为电解质(RE代表稀土,KCl/NaCl为等摩尔比),研究了熔盐电解法制取Zn-Al-RE合金的新工艺,提出了液态阴极Al/Zn的适宜比例为60:40(wt%),研究了温度、阴极电流密度、电解质组成、搅拌等对电解过程电流效率及合金中稀土含量的影响,在实验室条件下进行了连续电解实验,得到了稀土含量约为8%(wt)的Zn-Al-RE合金,平均电流效率达81%,稀土直收率接近100%。本文为工业上采用熔盐电解法制备Zn-Al-RE合金提供了依据,对稀土在锌基合金中的应用也有一定参考价值。     

CaCl_2-CaF_2-CaO体系中熔盐电解法制备铝钙合金的研究

研究了以CaO为原料,在CaCl2-CaF2二元系体系中,通过熔盐电解法生产Al-Ca合金新工艺,制备了Al-Ca合金,合金中Ca含量最高可达14%。考察了电解温度、电流密度和电解时间等条件对反电动势和电流效率的影响。铝钙合金试样的X射线衍射分析表明,其物相主要为Al与Al4Ca;扫描电镜分析显示,从Al4Ca合金相分布来看,合金的浓度分布比较均匀。     

NaF-NaCl-KCl-ScF_3熔盐体系中铝热还原Sc_2O_3制备Al-Sc中间合金

在NaF-NaCl-KCl-ScF_3熔盐体系中,采用铝热还原Sc_2O_3制备出Sc含量0.85%~4.20%的Al-Sc中间合金。引入金属间化合物Al3Sc作为铝热还原Sc_2O_3反应的生成物,热力学计算结果表明1 093~1 173K温度范围内反应可自发进行,且为放热反应。用等温饱和法测定Sc_2O_3在NaF-NaCl-KCl熔盐体系中的溶解度,结果表明,提高温度和NaF含量以及添加ScF_3均能提高Sc_2O_3在熔盐中的溶解度,而添加ScF_3的效果最显著。考察温度与ScF_3添加量对铝热还原过程中Sc回收率的影响。结果表明,温度升高,Sc回收率先提高后降低,在1 133K时达到最大;ScF_3添加量增加,Sc回收率亦先提高后降低,在3%ScF_3添加量时取得最大值。在1 133K、3%ScF_3添加量、保温1.5h条件下得到的Sc回收率最高可达86.06%。对制备的Al-Sc中间合金进行SEM与EDS分析,结果表明,Al-Sc中间合金中存在Al3Sc颗粒,呈方形或多边形,粒径较小,在基体中分布较分散。     

熔盐电解法制备Y-Ni合金的研究

以LiF-YF3二元熔盐体系为电解质,以镍棒为阴极,以Y2O3为原料,使用自耗阴极电解法制备了成分稳定的Y-Ni合金.同时,考察了电解温度和阴极电流密度对合金成分、电流效率的影响,并对电解产品进行了XRD、SEM-EDS表征.结果 表明,在实验条件下,可以生产Y含量为48％～50％(质量分数)的Y-Ni合金,电流效率可...     

LiF-ScF3-ScCl3体系熔盐电解制备铝镁钪合金

以氧化钪为原料、液态铝镁合金作阴极,在氟化锂-氟化钪-氯化钪(LiF-ScF3-ScCl3)体系中通过熔盐电解制备铝镁钪(Al-Mg-Sc)合金.针对LiF-ScF3-ScCl3体系,实验考查了温度、熔盐组成、电流强度和电解时间等因素的影响.结果表明,熔盐电解可制备出钪含量在2%～10%、镁含量0.2%的铝镁钪合金.采用XRD,SEM和电子能谱分析等方法对合金样品进行了表征,结果表明,合金金相分为两相,连续相为铝基,间断相为ScAl3.     

高纯Al-Li合金的制造

采用铝空心管为阴极、NaCl 与 KCl 为电解质进行熔盐电解可以制取 Al-Li 合金。电解时,最佳工作阴极电流密度为0.005～1A/dm~2。用该方法可以制得含 Li≥10wt%或(K Na)≤5ppm,Cu≤10ppm 的中间合金。例如:电解槽有石墨阳极和外径80mm、内径50mm 的中空阴极,它是纯度99.7%Al(含5ppm     

CaCl2-LiF体系制备铝钪合金

以氧化钪为原料、液态铝作阴极,在CaCl2-LiF(80%CaCl2-0%LiF)体系中通过熔盐电解制备了铝钪(Al-Sc)合金.实验考查了在800℃的温度条件下,电解时间、反电动势和槽电压的影响.结果表明,氯化钙-氟化锂体系的熔盐电解制备可制备出钪质量分数为2%~6%的铝钪合金.采用XRD、SEM和电子能谱分析等方法对合金样品进行了表征.结果表明,合金中连续相为铝基,间断相为ScAl3.     

La—Al,Ce—Al合金的制备及La,Ce对纯铝组织和性能的影响

(一)实验部分 1.合金的制备 (1)合金制备原理铝在常规条件下很难将稀土化合物还原为金属。以往制备稀士铝合金都采用对掺法和电解法。在研究以铝为液态阴极制备稀土铝合金过程中,发现电流效率大于100％,因此考虑到在高温电解过程中,除了电化学作用外,还应伴有稀土离子的铝热还原作用。经过研究发现,稀土离子在高温条件下确实存在着铝热还原过程: RE~2O~3 含F~-络合剂→REOF~(n-)_x-REOF~(n-)_x Al→RE A1~(3 )络合态)     

氧化物直接制备储氢合金LaNi_5新工艺

以La2O3和Ni O为原料,通过压制与烧结制成La2O3-Ni O圆形阴极片,然后采用固体透氧膜法(solid oxygenion membrane,SOM)直接制备LaNi5储氢材料,分析La2O3-Ni O烧结片的物相组成,及Ca Cl2熔盐中的侵蚀反应;结合循环伏安曲线和电解中间产物的组成,分析电解反应机理。结果表明:SOM法电解La2O3-Ni O烧结片直接制备LaNi5是可行的,电解3 h后,La2O3-Ni O电极片呈海绵状,其成分为LaNi5;电解机理为La4Ni3O10在氩气气氛下转变为La2Ni O4,La2Ni O4与Ca Cl2熔盐反应生成La OCl和Ni O,随后Ni O电解还原出的金属Ni与La OCl反应生成LaNi5;电解的电流效率为86.7%,能耗为3.55(k W·h)/kg,电流效率、能耗及产品形貌方面都优于熔盐电解法和合金熔炼法,有良好的应用前景。     

铝钪合金的熔盐电解法制备研究

本文采用了熔盐电解法研究铝钪合金的制备,主要考察了以MF-ScF3-ScCl3为电解质体系,以ScCl3为原料,制取铝钪合金的工艺条件,包括电流密度、电解时间以及电解温度等对反电动势、合金钪含量和电流效率的影响.研究结果表明,以MF-ScF3-ScCl3为电解质体系,以ScCl3为原料的熔盐电解法制备铝钪合金的钪的含量最高可达3.85%,电流效率达到73%.