熔鹽電解共沉積Mg–Li–M(M=Pb,Mn,Yb)合金及其機(jī)理研究.pdf

1、鎂鋰基合金作為最輕的結(jié)構(gòu)材料,在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。Pb、Mn和Yb都是鎂鋰基合金的合金化元素,在一定程度上可以細(xì)化合金晶粒,改善合金性能。目前都是采用對(duì)摻法來制備合金,但該方法存在工藝復(fù)雜,成本高等缺點(diǎn)。而由于熔鹽電解具有工藝簡單,制備溫度低,能耗少等優(yōu)點(diǎn),在制備鎂鋰合金方面是目前備受關(guān)注的取代傳統(tǒng)對(duì)摻法的途徑之一。因此本文采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電位法等電化學(xué)方法研究了Pb(II)、Mn(II)和Yb(III)離子在熔鹽中的電化

2、學(xué)行為及其金屬合金的共電沉積機(jī)理,并用XRD、SEM、ICP等技術(shù)對(duì)恒電流電解制備的Mg–Li–M(Pb、Mn、Yb)合金樣品進(jìn)行了表征,這對(duì)熔鹽電解制備合金有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文主要研究了在873K時(shí),以鉬電極做研究電極,Pb(II)離子在LiCl–KCl和LiCl–KCl–MgCl2–PbCl2兩個(gè)熔鹽體系中的電化學(xué)行為。Pb(II)離子在熔鹽中一步得到2個(gè)電子被還原為金屬Pb,且Pb(II)離子在低掃速時(shí)的還原和氧化過

3、程是可逆過程,Pb(II)離子在熔鹽中的擴(kuò)散系數(shù)為1.92×10-5cm2·s-1。另外,在LiCl–KCl–MgCl2–PbCl2熔鹽體系中考察了鎂鋰鉛合金的共電沉積機(jī)理。當(dāng)陰極電流密度達(dá)到或負(fù)于–0.776A·cm-2,陰極電位為–1.93 V(vs. Ag/AgCl)或更負(fù)時(shí),可以實(shí)現(xiàn)金屬Pb、Mg和Li共電沉積。最后用恒電流電解制備了Mg–Li–Pb合金。合金中含有Mg2Pb、Li7Pb2等多個(gè)合金相,且合金中Pb和Li含量與熔

4、鹽中MgCl2和PbCl2的濃度有關(guān),Pb元素彌散均勻分布在合金中。
　　另外,還研究了LiCl–KCl–MgCl2–MnCl2和LiCl–KCl–MgCl2–MnO2(納米)兩個(gè)熔鹽體系中金屬M(fèi)g、Mn、Li的共電沉積機(jī)理。933K時(shí),在LiCl–KCl–MgCl2–MnCl2熔鹽體系中,Mn(II)離子在熔鹽中一步得到2個(gè)電子被還原為金屬M(fèi)n,Mn(II)離子在該熔鹽體系中的擴(kuò)散系數(shù)為1.23×10-5cm2·s-1?？疾炝私?/p>

5、屬M(fèi)n、Mg和Li的共電沉積條件。當(dāng)陰極電流密度達(dá)到或負(fù)于-0.781A·cm-2或陰極電位比–2.28V(vs. Ag/AgCl)更負(fù)時(shí), Mn(II)、Mg(II)和Li(I)離子一起被還原,在該條件下可共電沉積制備Mg–Li–Mn合金。
　　在鉬電極上,采用循環(huán)伏安法、方波伏安法、計(jì)時(shí)電流法等電化學(xué)研究方法研究了錳離子在 LiCl–KCl–MgCl2–MnO2(納米)熔鹽體系中的電化學(xué)行為。在研究中用于提供Mn元素的納米Mn

6、O2是通過液相氧化還原法用KMnO4和MnSO4制得的。研究結(jié)果表明LiCl–KCl–MgCl2–MnO2(納米)熔鹽熔融后,MnO2(納米)被氯化,Mn以K4MnCl6的形式存在。793K時(shí),Mn(II)離子在該熔鹽體系中是一步得到2個(gè)電子被還原為金屬M(fèi)n。當(dāng)陰極電流密度負(fù)于-0.087A·cm-2或陰極電位比–2.20V(vs. Ag/AgCl)更負(fù)時(shí),可以實(shí)現(xiàn)金屬M(fèi)n、Mg和Li共電沉積。
　　采用恒電流電解法分別在兩個(gè)熔鹽

7、體系中制備了Mg–Li–Mn合金。合金中含有Mg–Mn固溶體、βLi和αMn三個(gè)相,且合金中Li和Mn的含量與熔鹽中MgCl2和MnCl2、MnO2的濃度有關(guān),Mn元素呈彌散相均勻分布在合金中。
　　本文最后以LiCl–KCl–MgCl2–Yb2O3熔鹽體系為電解質(zhì)共電沉積制備Mg–Li–Yb合金。933K時(shí),通過實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法研究了MgCl2對(duì)Yb2O3的氯化作用。在氯化過程中,有少量的YbCl3生成,使在LiCl–KC

8、l–MgCl2–Yb2O3熔鹽體系中共電沉積制備鎂鋰鐿合金具備了可行性。而循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電位研究結(jié)果證明,當(dāng)陰極電流密度負(fù)于–0.466A·cm-2或陰極電位控制在負(fù)于–2.15V時(shí),可以實(shí)現(xiàn)鎂鋰鐿合金的共沉積。另外,研究了Mg、Li、Yb三元共沉積的電解工藝。對(duì)合金的微觀測試結(jié)果顯示,合金中主要存在αMg、βLi和Mg2Yb相;Yb元素在Mg–Li–Yb合金中呈網(wǎng)狀分布,主要分布在晶界處。隨著Yb在合金中含量的增多,合金晶粒變小,Y