熔鹽電解制備Mg-Zr和Mg-Zn-Zr合金工藝及陰極過(guò)程研究.pdf

1、鋯是鎂合金中的主要合金化元素之一,其在鎂合金中有著強(qiáng)烈的晶粒細(xì)化作用。傳統(tǒng)的制備含鋯鎂合金的方法有對(duì)摻法和熱還原法等,由于金屬鋯的熔點(diǎn)很高且在鎂合金中溶解度較小,致使含鋯的鎂合金制備存在工藝操作比較復(fù)雜,生產(chǎn)成本較高等弊端。本課題以金屬化合物為原料采用熔鹽電解的方法在低溫條件下直接制備鎂鋯合金和鎂鋅鋯合金,并研究了鎂鋯合金和鎂鋅鋯合金的電化學(xué)形成過(guò)程及鋯離子在實(shí)驗(yàn)體系下的電化學(xué)還原機(jī)理。
　　 首先,采用循環(huán)伏安法和方波伏安法等

2、電化學(xué)方法研究了在MgCl2-KCl-K2ZrF6熔鹽體系中Zr(Ⅳ)離子在鉬電極上的電化學(xué)還原過(guò)程。循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Zr(Ⅳ)離子的還原過(guò)程是通過(guò)兩步電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)完成的。為了進(jìn)一步研究Zr(Ⅳ)離子的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程,通過(guò)方波伏安法對(duì)電子轉(zhuǎn)移數(shù)的計(jì)算,證明其電化學(xué)反應(yīng)歷程是:Zr(Ⅳ)+2e→Zr(Ⅱ);Zr(Ⅱ)+2e→Zr。在上述熔鹽體系中添加ZrO2的循環(huán)伏安曲線表明在熔鹽電解過(guò)程中添加ZrO2促進(jìn)Zr(Ⅳ)離子的還原過(guò)程。

3、r>　　 在MgCl2-KCl-KF-K2ZrF6-ZrO2熔鹽體系中制備鎂鋯合金,通過(guò)對(duì)原料配比、電流密度和電解溫度等電解工藝參數(shù)的研究,確定了采用熔鹽電解法制備鎂鋯合金的較佳工藝條件。在較佳工藝條件下可得到鋯的質(zhì)量含量為0.8％的Mg-Zr合金。XRD分析結(jié)果表明合金中含有Mg相和Zr相。通過(guò)掃描電鏡及EDS能譜分析可以看出鋯元素在合金內(nèi)部多以單質(zhì)鋯的形式存在,這與XRD的分析結(jié)果相一致,面掃描顯示合金內(nèi)部化學(xué)成分均勻。從合金的金

4、相照片可以看出鋯對(duì)鎂合金的晶粒細(xì)化作用明顯,晶粒大小由100～200μm細(xì)化到10～50μm。
　　 其次,采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電流法研究在低溫熔融MgCl2-KCl熔鹽體系中Mg2+、Zr(Ⅳ)和Zn2+離子在鉬電極上的電化學(xué)還原過(guò)程。循環(huán)伏安法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Mg2+、Zr(Ⅳ)和Zn2+離子在鉬電極上的析出電位分別為:1.8V、1.3V和0.7V。通過(guò)計(jì)時(shí)電流法進(jìn)一步證實(shí)了上述循環(huán)伏安的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 在MgCl2-