熔盐电解法制取铝基母合金的研究.pdf

东北大学博士学位论文熔盐电解法制取铝基母合金的研究姓名：于旭光申请学位级别：博士专业：有色金属冶金指导教师：邱竹贤20040801东北大学博士学位论文4 ．探索在铝电解槽中加入混合碳酸稀土，直接电解制取A 1 一I 也合金采用碳酸稀土而不用稀土氧化物的原因一是碳酸稀士价格较便宜，容易得到；二是碳酸盐在高温下将分解，产生的气体在电解槽中起到搅拌的作用，对于稀土的溶解有益比较好的实验参数是当分子比为2 ．2 ，A J 2 0 3 的质量分数为5 ％时，混合碳酸稀土的加入量l ％，电解温度9 3 0 ℃稀土金属在A l 中呈网格状，而且改善了产物的聚集状态，合金聚集非常好合金中c e 的含量最高可到11 ％5 ．热力学分析表明，在9 2 0 ℃，A l 不能够还原氧化钕N d 2 0 3 在炭电极上N d 2 0 3 的分解电压比A 1 2 0 3 要高约O ．2 8 V ，二者不可能在阴极同时放电析出在含5 ％A 1 2 0 3 的冰晶石中加入0 ．5 ％～2 ％的N d 2 0 3 ，电解得到了A l _ N d 合金反应机理可能是有某种催化作用，改变了反应的自由能，使得二者可以共同析出。

较好的实验参数是：电解质组成为1 ％N d 2 0 3 ．5 ％A 1 2 0 3 ．N a 3 A i F 6 ( 余量) ，电解温度9 2 0 ～9 3 0℃合金中N d 含量接近4 ％N d 在A l 中呈网格或骨架状分布6 ．按3 ％A 1 2 0 3 ，1 ％～5 ％C u O ，余量为N a 3 m F 6 的电解质组成，在9 4 0 ～9 6 0℃温度下电解，制取不同c u 含量的A l —c u 合金，含c u 最低0 ．7 ％，最高1 1 ％以上比较好的情况是电解质中添加3 ％～4 ％C u 0 ，所得产品的C n 分布均匀，电解过程电压稳定关键词：熔盐电解；铝基母台金；冰晶石分子比垄苎查堂堡±芏堡笙墨垒堡! ! 坠竺!m i c r o s c o p e ，i tr e V e a l sm a tS ii s 出eh y p e r e u t e c t i ca n dp r e s e n t sn e e d l ep a t c h ．S i 0 2m a yb ed i s s o I v e di ns u c he I e c 仃o I y t ea b o v ew h e ni t ’sc o n t e n ti s1 0 w e rt l l a n5 ％．T h e ∞t i m a lt e c m c si st 1 1 a tm o l e c u l e 矗a c t i o no fc r y o l i t ei s2 ．2 ，t h cc o n 钯n to fA 1 2 0 3a n dS i 0 2a r e5 ％r c s p e c t i V e l ya n dt 1 1 et e m p e r a t u r ei s9 6 0 ℃．A l —T ja 1 I o y sw e r eo b t a i n e d ，w h o s ec o n t e n t so fT iw e r ed { 行色r e n t ，t h e 】o w e s to n ei s9 ％a n dt h eh i 曲e S to n ei sa b o V e3 0 ％．T h eT ic o n t e n ti sh i 曲e r ，t l l ef l u i d i t yo ft h ep r o d u c to fa l l o yi sw o r s e ．T h ea l l o yc o n t a i n i n ga b o u t9 ％T iw e r eo b 诅i n e di nW h i c hm ef l l l i d i t yw a sb e t t e rr e I a t i v e I ya t9 5 0 ℃i 1 1t h ee I e c 仃o l y t em i x t u r eo f5 ％A 1 2 0 3 —1 ％T i 0 2 一N a 3 A 1 F 6 ．T h eT ic o n t e mw a sa b o v e3 0 ％i nm ec o n 出t i o na sf o l l o w s ．m o 】e c u l ef h c t i o no fc r y o m ej s2 ．2 ，Ⅱ1 ec o n 亡e no fA 1 2 0 3i s5 ％a i l dS i 0 2i s2 ％，r e s p e c t i V e l ya I l dt h et e m p c r a t u r ei s9 5 0 ℃．n l ep r e p a r a t i o nA l - R Em e m o db ye l e c t r 0 1 ) ，s i sd i r e c n ym 弛gc o m p J e xc o m p o u n dc o m p o s e do fR Ec a r b o n a t e 、Ⅳa ss t u d i e d ．W eu s e d ．R Ec a r b o n a t ei n s t e a do fR Eo x i d eb e c a u s eI 己Ec a r b o n a t ea r en o te x p e n s i v er c l a t i v e l ya 1 1 do b t a i n e de a s i l y ' t 1 1 eo t h e ri sc a r b o n a 芏em a yb ed e c o m p o s i t e da th i g ht e m p e r a t l 】r er e s u l ti n 也ee l e c t r 0 1 y t ew e r ec h 啪u pb yt h ep r o d u c to fg a s e o u sm a t e r i a la n dt h es o l u b i l i t yo fR Ew a si m p r o v e d ．W h e nt h em o l e c u l e 疳a c t i o n 、Ⅳa s2 ．2 ，t h ec o n t e n to fA 1 2 0 3w a s5 ％a n dm ec o n t e D to fR Ew a s1 ％a t 血et e n l p e r a t l l r eo f9 3 0 ℃．T h em a s ss t a t eo f t l l ep r o d u c t i o nw 雏i m p r o v e dd u et o 恤e v e nd i s t d b 砸o no f R Em e t a l ．N d 2 0 3c a nn o tb er e d u c e db yA la t 也et e m p e r a t u r eo f9 2 0 ℃b y 廿l e 册o d y n 锄i c sa n a I y s i s ．N d 2 0 3a n dA 1 2 0 3a r ei m p o s s i b I et ob es e p a m t e do u ts i m u l t a n e o u s l yb e c a l l s eN d 2 0 3d e c o m p o s i t i o nv o l t a g ei sh i 出e r0 ．2 8 Vm 姐A 1 2 0 3 ．T h cA 1 ．N da I I o yw e r eo b t a i n e db ye l e c t r o i y z i n gt h ec o m p l e xc o m p o u n dc o n t a i n i n gO ．5 ％～2 ％N d 2 0 3i nc r y o l “eo f5 ％A 1 2 0 3 ．1 1 1 em e c h a I l i s mo fe l e c 仃o l y s i sw a s 也e 疳e ee n e r g y 啪sc h a n g e da 1 1 dA la n dN dm a yb es e p a r a t e do u t 曲删l t a n ∞u s 】yo w i n gt 0c a t a J y s ef 妇c t i o n ．％eo p t i m a lt e d m i c a lc o n d i t i o nw a st h ee l e c t r o l ”em i X e do fl ％N d 2 0 3 —5 ％A 1 2 0 3 - N a 3 A l F 6 ，m ct e m p e r a t u r eo f9 2 0 ～9 3 0 ℃．T h ec o n t e n to f N dw a sn e a r4 ％i nm ea l l o ya I l di t i sr e p r e s e n t i n g 矗锄e w o r ko f N d 址A l 。

A l —C ua l l o yc o n t a j n i r 培d i 侬T e n tc o n t e n to fC uw e r ep r e p a r e du s i n g 虹l em e t h o do fe l e c 仃o l y z i n gn l ee l e c 廿o l y t ef o r m e do f3 ‰～1 2 0 3 ，1 ％～5 ％C u Oa n dn l er e m a i n d c ro fN a 3 A 1 F 6 ．T h ec o n t e n t so fC uw e r ed i 髓r e n t ，t h eh i 曲e s to n ei sa b o v e1l ％．A d d i n g．V ．东北大学博士学位论文第一章绪论1 ．1 ．3A 1 ．C u 系合金A l - C u 系合金是应用最早的一种铸造合金由于主要强化相是相C u A l 2 具有高的热处理效果和热稳定性，因此适于铸造癌桥目硒；珥秘，一骊钼晕馥瓣骈静；有盏菇褥％；墨萎嚣篓旃罂受分为襄攒铬含套莉镛措铝台金冀÷蛳蜘锐翔琴套誊帮捌雕i } ! ! 垂砭雕判婴器j；；i ；攀台；。

萎} 鍪囊霪曼l l l 蠕疆描巫玉’变形铝合金，前者包括A i - M n 系和A l —M g 系合金，其成分及组织都比较简单，塑性好，焊接性能好，并且具有良好的低温性能，最大的特性是具有优良的耐蚀性，所以称之为防锈铝合金；后者按合金元素来分有A 1 ．cu．Mg系合金，A 1 ．z n ．M g 系合金，A 1 ．M g ．s i 系和A 1 ．M 哥S i ．c u 系合金及A 1 一L i 系合金铸造铝合金一般分为四大类，即A l —z n 系、A l —M g 系、A l —c u系和A l - s i 系1 ．1 ．1A 1 ．z n 系合金A 1 - z n 简单二元合金没有实用价值这是因为组元间具有相似的物理化学性质，原子尺寸差别不大，固溶体晶格畸变程度较低，固溶强化增益不大，致使合金的机械性能不好，应用受限通常在A l -Z n 二元合金中添加M g 或M g 和C u ，产生新的强化相或改变沉淀硬化特性，使固溶 强化效果更大A l - z n ．M g 系合金有两大类，即A 1 ．z n．M g 系中强可焊铝合金和A l - z n —M g - c u系超硬铝合金。

第一类合金Z n 、M g 总含量介于4 ．5 ％～7 ．6 m ％之间，具有优良的热加工性能，适于扎制、挤压和锻造这类合金的板材。