熔鹽電脫氧制備鈦鉻合金中電解影響因素的研究.pdf

1、鈦鉻合金具有良好的抗蠕變性能、抗氧化能力、優(yōu)越的儲氫性能，有著廣泛的應用前景。目前制備鈦鉻合金主要以純金屬為原料，通過粉末冶金法或高溫真空熔鑄法制備合金，但這些方法存在原料成本高、能耗大且污染環(huán)境等缺點，從而造成了鈦鉻合金的價格較高，限制了其應用。科研工作者一直在尋求制備鈦鉻合金的工藝，其中熔鹽電脫氧（FFC法）是一種新的電解工藝，這種方法最大的特點就是工藝簡單，無污染，以合金元素的氧化物的混合物直接制備合金。
　　本文采用FFC

2、法制備工藝，通過壓制成型、燒結、電解實驗，考察實驗條件（成型壓力、燒結參數(shù)、電解參數(shù)）對陰極物相組成、微觀結構及電解產(chǎn)物的影響，探討鈦鉻合金的形成機理；研究中間產(chǎn)物CaTiO3的形成機理及形成的CaTiO3對電解的影響。主要研究工作及內(nèi)容概況如下：
　　通過陰極(TiO2+Cr2O3)壓制成型實驗，研究了成型壓力對陰極的強度及孔結構的影響。成型壓力越低，陰極有效反應面積越大，但是強度不夠；成型壓力越高，陰極強度越高，但成型壓力過高

3、，陰極會變形、開裂。綜合考慮陰極的孔結構及強度，確定適宜的成型壓力為20MPa。
　　通過陰極(TiO2+Cr2O3)燒結實驗，研究了燒結溫度、燒結時間對陰極的影響。隨著燒結溫度的升高，TiO2由銳鈦型逐漸轉化為金紅石型并且有鈦的低價氧化物形成，Cr2O3未發(fā)生變化；陰極的平均孔徑、孔容、比表面積均減小，從而有效反應面積減小。從陰極的導電性及其有效反應面積方面綜合分析，確定適宜燒結溫度為850℃。隨著燒結時間的增加，開孔孔隙變小，

4、樣品更加致密。從陰極的有效反應面積方面考慮，確定適宜的燒結時間為6h。
　　通過陰極(TiO2+Cr2O3)電解實驗，研究了不同的電解溫度、電解電壓、電解時間對電解產(chǎn)物的影響，并探討了鈦鉻合金的形成機理。隨著溫度的升高，越有利于鈦鉻合金的形成，但經(jīng)在900℃、950℃溫度下電解，電解產(chǎn)物鈦鉻含量增加不明顯，從節(jié)約能源方面綜合考慮，確定電解溫度為900℃。電解電壓越高，且在不超過熔鹽的分解電壓條件下，脫氧驅動力越高，越有利于電解的進

5、行，實驗確定電解電壓為3.2V。不同的電解時間，電解產(chǎn)物不同。鈦鉻合金反應歷程：反應首先生成Cr，同時中間產(chǎn)物CaTiO3形成并且逐漸還原成鈦的低價氧化物，在隨后的電解過程中在新生成的Cr微粒上反應生成Ti-Cr基合金。
　　CaTiO3的形成及其對電解的影響，CaTiO3在不同的實驗階段及陰極的不同位置通過以下反應形成：CaCl2熔鹽水解形成少量的CaO與TiO2反應，在陰極表面生成少量的CaTiO3，該反應主要發(fā)生在電解初期；

6、在高溫及外電源提供的電子作用下形成大量的O2-與TiO2、Ca2+發(fā)生反應，在陰極表面及內(nèi)部形成大量的CaTiO3，該反應發(fā)生在整個電解階段。在擊穿電壓作用下形成少量 O2-，O2-與 TiO2、Ca2+發(fā)生反應，在陰極表面形成CaTiO3，該反應主要發(fā)生在電解初期；外電源提供大量的電子與TiO2、Ca2+發(fā)生反應，在陰極的表面及內(nèi)部形成大量的CaTiO3，該反應發(fā)生在整個電解階段。CaTiO3的形成，使得陰極片結構致密，阻礙了O2-的