熔鹽電解法制備Cu-Zr中間合金工藝及機(jī)理研究.pdf

1、Cu-Zr系合金在航空航天，核工業(yè)，電子芯片，運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。目前制備的銅鋯合金分布不均勻，操作繁瑣，不能連續(xù)化生產(chǎn)。本文以LiF-BaF2-CaF2-ZrO2為熔鹽體系，制備銅鋯合金，研究了不同溫度和陰極電流密度下對槽電壓和電流效率的影響，制備出 Cu-Zr二元母合金。在1233K下以LiF-BaF2-CaF2-ZrO2-MgO為熔鹽體系，純銅棒為自耗陰極，制備出銅鋯鎂三元合金。熔鹽電化學(xué)研究鋯在陰極上沉積機(jī)理：對電極和參比電

2、極分別為石墨和鉑絲的條件下利用循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電位法、計(jì)時(shí)電流法研究熔鹽體系中Zr4+在鎢絲工作電極上的電化學(xué)還原機(jī)理，對電極和參比電極分別為鎢棒和鉑絲的條件下研究 Zr4+在鎢絲工作電極上的電化學(xué)還原機(jī)理。將制備的銅鋯合金做 XRD和SEM檢測分析，得到合金的成分及形貌。結(jié)論如下：
　　1.電解質(zhì)體系LiF-BaF2-CaF2在溫度1373-1473K下，電解過程中具有較好的熱穩(wěn)定性和流動(dòng)性，加入二氧化鋯和氧化鎂后保持較好的導(dǎo)電

3、性質(zhì)，在高溫下熔鹽密度較合金密度小，制備出的合金沉于石墨坩堝底部被熔鹽覆蓋不易與空氣接觸導(dǎo)致燒損。
　　2.液態(tài)銅為陰極制備銅鋯合金過程中：1373-1473K溫度下進(jìn)行電解具有可行性。槽電壓隨著電解溫度的升高而下降，槽電壓與陰極電流密度成正比。在溫度為1420K下，電流密度在1.0～1.5A/c m2范圍內(nèi)，電流密度小于1.29A/c m2時(shí)，電流效率隨著電流密度的增加從62%增加至66.5%，在電流密度大于1.29A/c m2

4、時(shí)，電流效率隨著電流密度的增大從66.5%減小至63%，在電流密度為1.29 A/c m2時(shí)電流效率有一個(gè)最大值，此時(shí)電流效率最高，為66.5%。
　　3.在溫度為1233K條件下以銅棒為自耗陰極，在電解質(zhì)LiF-BaF2-CaF2中加入氧化鎂和二氧化鋯可以制備出銅鋯鎂三元合金。
　　4.三電極體系的熔鹽電化學(xué)研究：石墨作為對電極，在20%LiF-22%CaF2-58%BaF2電解質(zhì)體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（0.5～0.9%）的

5、ZrO2，鋯離子在鎢電極上還原為金屬鋯的過程為兩步還原，即 Zr4++2e→Zr2+，Zr2++2e→Zr，反應(yīng)過程為準(zhǔn)可逆反應(yīng)。在不同掃描速率下，鋯離子的還原峰電流和掃描速率平方根呈良好的線性關(guān)系，說明 Zr4+的還原過程受擴(kuò)散步驟的控制。計(jì)時(shí)電位掃描出兩個(gè)平臺(tái)，且析出電位分別為-0.87V和-1.07V，驗(yàn)證了鋯離子在體系中還原為兩步還原。經(jīng)計(jì)算得鋯離子在鎢電極上的還原過程為兩步，且分別得兩個(gè)電子的反應(yīng)過程。運(yùn)用計(jì)時(shí)電流法，通過Co