熔盐电解共沉积制备镁锂钬合金研究.doc

哈尔滨工程大学硕士学位论文熔盐电解共沉积制备镁锂钬合金的研究姓名:赵全友申请学位级别:硕士专业:应用化学指导教师:韩伟20090601哈尔滨稃大学硕学位论文???????????????????一??摘 要.系合金具有低密度、高比强度、高比刚度、阻尼性能好以及抗高能粒子穿透能力强等一系列优点,因而在航空航天、电子工业及通讯行业备受关注,以前所未有的速度向前发展然而二元.合金由于强度较低、抗腐蚀能力差在应用上受到很大的限制加入稀土元素能显著提高合金的高温强度和抗蠕变性能合金的制备一般采用对掺法,该法是先制备金属镁、金属锂和稀土,之后将金属镁、金属锂和稀土混合,但该法存在着诸如流程长、金属锂和稀土的严重偏析等缺点,鉴于对掺法的缺点,本文提出全部采用金属化合物为原料,通过熔盐电解共电沉积一步直接制备..合金的新方法本论文在℃的...一熔盐体系中采用熔盐电解共电沉积制备..合金,研究了金属锂、镁和钬的电沉积过程,并对.?合金的电解工艺进行优化,研究合金成分可控性;并进一步探讨稀土钬对?合金组织结构和性能的影响采用循环伏安法在..熔盐体系中研究、和分别在钼电极的电化学还原过程。

研究结果表明,在熔盐体系的温度为℃时,金属“和的欠电位沉积发生在预先沉积在钼电极的二次电极上,形成富含钬的仅固熔体合金和包含、“和相的液态合金在低温℃熔盐一.一.体系中制备.合金,研究了电流密度、电解温度和电解时间等电解工艺参数,优化了低温条件下制备镁锂钬合金的最佳工艺条件,并通过控制电解时问及稀土添加量制备、叶和等不同相组成的..合金研究了稀土在..基合金中的作用及机理,结果表明:分布在和晶粒周围,对细化、球化作用明显适量的对..合金具有固溶强化作用,...系合金随含量的增哈尔滨程大学硕十学何论文加,硬度增加研究了稀土在基合金中的作用及机理,结果表明:稀土对有细化、球化作用适量的对..合金具有固溶强化作用,一.?系合金随含量的增加,硬度增加研究了稀土在..基合金中的作用及机理,结果表明;在一.合金中,既对.合金有细化作用又有固溶强化作用,同时有弥散化合物产生,硬度也随含量增加而增大,抗腐蚀性也有所提高研究了稀在..基合金中的作用及机理,结果表明:在.合金中固溶较小,对其有较好的细化效果,硬度的增加与的析出有关关键词:熔盐电解;?合金;共电沉积;电化学还原;显微组织哈尔滨稃大学硕十学位论文????? ? , , ??,?, ...?? , ,?? .. , ,’“ ?? .,??℃.一?一口 ,.?? ..一一. ,. . ℃. ?, , 。

?? 一一一哈尔滨丁程大学硕十学何论文℃.,仅 .?,?. .,, . ,.,,油. ,,?. , ..一. , .. , ?....一 , . . .;:;;;哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应除文中己注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担作者签字:赵垒及日期:.肋年厂月‖日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文,可以公布论文的全部内容同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学涉密学位论文待解密后适用本声明。

口本论文团在授予学位后即可 口在授予学位个月后解密后由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等导师签字:作者签字:赵全友.豸匆另衫日期:功甲年‖月何日Ⅵ鼍每舄哈尔滨下程大学硕十学傅论文宣宣宣萱置第章绪论.镁及镁合金的发展和应用..镁的基本特性金属镁及镁合金是迄今为止在工程上应用的最轻的金属结构材料【捌在元素周期表中,镁属族碱土金属,原子序数为,相对原子质量为.,电子轨道分布为,原子体积:./,镁具有密排六方结构,在大气压下纯镁的熔点;为:℃,沸点为℃镁单胞内沿主要晶面和晶轴方向的原子排布如图.所示镁具有金属光泽,呈亮白色,在温.,.度为℃时,. ,/.这与室温下所/比为.相比说明金属镁具有接近完美的密排结构,室温变形时,镁只有单一的滑移系,因此镁的塑性比铝低,室温塑性很差随着温度的提高,镁的滑移系会增多,从而塑性显著提高镁在地壳中的储量很大,大约占.%,在金属元素中仅次于铝和铁,主要以白云石碳酸镁钙、菱镁矿形式存在,此外,在取之不尽海水中含镁约.%谜裂】§】萌浮\\【】睡舭点镁的标准电极电位为..,是电负性很强的金属,其耐蚀性较差【】,含有杂质的镁耐蚀性就更差镁在室温下很容易被空气氧化,生成一层很薄的氧化膜。

这种氧化膜孑多疏松远不及铝的氧化膜那样致密坚实,耐蚀性很差在标准大气压下,纯镁的熔点为℃,沸点为℃镁的一些重要哈尔滨稃大学硕十学位论文的物理参数和常见性质见表.我国的镁资源我国是世界上镁储量最为丰富的国家,仅盐湖镁卤水中镁盐储量为.亿,虽然我国的原镁产量和出口量为世界首位【’】,但有%以上以初级原料低价出口,属典型资源出口型工业,镁产品的附加值没有充分开发,而我国在军工、航天、运输等领域应用的一些高性能镁合金材料却大多需要进口,民用产品尚未进行大力开发因此,利用我国丰富的镁资源,研究具有高技术含量的先进镁合金材料,具有重大意义镁合金的主要性能纯镁的优点很多,但是力学性能较低,其应用范围受到很大限制通过在纯镁中添加合金化元素,可以显著改善镁的物理、化学和力学性能镁合金大多具有如下特点:、镁合金的优点?密度小、质量轻、比强度、比刚度高;良好的铸造性能、尺寸稳定性高、优良的切削加工性能;吸震性能好、良好的电磁屏蔽性、高散热性;哈尔滨程大学硕十学位论文有良好耐磨性、再生性国外镁及镁合金产业的发展现状国外对于镁及其合金的研究开发较早,到目前镁及其合金材料的开发应用已进入相对比较成熟的阶段,并且许多合金已达到产业化的工业规模。

但比较来看,国外不同国家和地区对于镁及其合金材料的开发应用仍然存在较大的差异,其中表现突出的仍然集中在德国、俄罗斯、美国、加拿大、日本等对镁合金研究开发较早的国家德国德国发展镁合金历史悠久,早在年就开发出了合金,年德国镁及其合金的产量就已达到 而且长期以来,尤其是世纪年代以来,德国始终在镁合金压铸领域就处于世界领先地位从某种意义说,德国是推动镁合金发展特别是镁合金压铸发展的先驱和主力军美国 美国是世界上镁资源丰富的国家之一,其开发应用镁的历史也相当悠久,可以追溯至年世纪年代以来,以汽车工业为龙头,美国镁合金材料的开发应用开始得到迅速发展在过去的几十年里,福特、通用和克莱斯勒等著名汽车公司一直致力于新型镁合金和镁合金离合器壳体、转向柱架、进气歧管及照明夹持器等汽车零部件的开发应用,大大促进了镁合金的发展年美国海军电子实验室在巴黎航空博览会上推出了一种含钇、钕量较低的合金,该合金在高温下强度略有下降,但具有满足使用要求的延展性和优良的耐腐蚀性能,已经用于赛车及航空业如直升机变速器壳体‘日本 日本年在实验室里制造镁合金成功后开始研究工业化的生产方法,并于年达到年产 的水平,此后又陆续建设了多家镁厂,到第二次世界大战结束,许多公司从事镁的冶炼,计划设备能力可达到了的水平。

世纪年代后期,日本研究人员在新型耐热镁合金的民用研究领域取得了较大进展,获得了两种耐热镁合金的世界专利到目前,日本已基本形成了以官政府投资、产镁合金生产企业、镁合金制品应用企业、学高哈尔滨丁稗大学硕十学传论文一宣葺萱??一????????????等学校、国家研究所为一体的镁合金研究开发队伍,并全方位地从基础到应用对镁合金及其制品展开了深入研究加拿大加拿大镁资源丰富,镁产业十分发达早在年建立的哈雷镁厂目前是世界上历史最长、规模最大的皮江法硅热法镁厂,年建成的年产万吨的贝坎库尔镁厂也是一个较大的原镁生产厂目前,该国生产的原镁纯度高于世界任何国家所生产的原镁纯度,且成本也极具竞争力,可以说这些镁厂为加拿大镁合金的发展提供了充分的保障俄罗斯前苏联对镁及镁合金的科学研究及生产工艺开发做了大量富有开拓性的工作,除砂模铸造法、永久模铸造法、压铸法和无熔剂熔炼等镁合金铸造工艺外,还深入开展了高活性镁合金锭的铸造生产研究,并首次在世界上铸出了直径达的镁合金锭,并模锻成直径 的各种锻件到目前,俄罗斯己形成了一个完整的镁矿开采一冶炼一镁合金研发与加工?废料再生的完整产业链,并且这条产业链还包括:铸锭加工、熔炼与圆锭铸造、挤压与热处理、应用与防腐蚀处理以及切削加工等。

俄罗斯镁工业的成就促进了镁产品在汽车工业、光学器械工业、飞机制造业、航空航天工业等上的应用除以上几国外,挪威、以色列、乌克兰、意大利、瑞士、澳大利亚、瑞典等也在镁及镁合金的开发应用方面做了大量的工作,并取得了不少的成果但世纪末以来,随着中国镁工业的崛起,世界镁工业生产格局被打破近十年以来,中国原镁的产量及出口量得到快速发展,然而高附加值的镁合金产品如镁合金深加工产品的开发与应用却相对不足今后,中国镁业应朝着大规模、专业化、集团化方向发展镁合金生产企业应在政府相关政策的支持下通过提高自身的研究开发与管理水平增强国际竞争力从国内外镁及其合金材料的发展过程可以看到,镁合金以其巨大的优势,正在广阔的领域中不断得到开发和应用同时也注意到,镁及其合金材料的发展应用需要丰富的镁资源和先进的加工设备为依托,需要相应的经验、知识和研究为基础,需要企业、科研部门和政府的大力配合哈尔滨程大学硕十学位论文..镁合金的分类镁合金的分类方法一般有三种方式:合金的化学成分、成形工艺和是否含锆镁合金按合金化组元数目可分为二元、三元和多元合金体系常见的镁合金体系一般都含有不止一种合金元素但在实际中,为了分析方便,简化和突出合金中主合金元素的作用,可以把镁合金分为.、?、?、?、和等合金系列。

按成形工艺镁合金可分为两大类,即变形镁合金和铸造镁合金变形镁合金是指可用挤压、轧制、锻造和冲压等塑性成形方法加工的镁合金铸造镁合金是指适合采用铸造的方式进行制备和生产出铸件直接使用的镁合金变形镁合金和铸造镁合金在成分、组织和性能上存在着很大的差异目前,铸造镁合金比变形镁合金的应用要广泛,但与铸造工艺相比,镁合金热变形后合金的组织得到细化,铸造缺陷消除,产品的综合机械性能大大提高,比铸造镁合金材料具有更高的强度、更好的延展性及更多样化的力学。