熔鹽電脫氧制備鈦鉻合金陰極材料的研究.pdf

1、鈦及鈦合金由于具有良好的機(jī)械性能、優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱及抗氧化性能，而被廣泛的應(yīng)用于航天、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。其中，鈦鉻合金因其優(yōu)良的儲(chǔ)氫性能而被廣泛關(guān)注，鈦鉻合金較金屬鈦有優(yōu)良的抗氧化性能和機(jī)械性能。目前TiCr基合金的制備主要是以純金屬為原料,采用粉末冶金法或高溫真空熔煉法制得致密合金。由于粉末冶金法或高溫真空熔煉法設(shè)備利用率低,能耗高,效率低,污染大，得到的產(chǎn)品有裂紋、縮孔等缺陷，再加上合金化過程需要增加新的能耗,導(dǎo)致鈦鉻合金的生產(chǎn)成本高,因此

2、降低鈦合金的冶煉與加工成本是材料界和鈦工業(yè)界一直努力追求的目標(biāo)。本文以FFC工藝進(jìn)行研究，這種方法最大的特點(diǎn)就是工藝簡單，無污染，適用性強(qiáng)；該方法的設(shè)備投資少，成本有望低于傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法。
　　本論文通過對(duì)熔鹽電解制備鈦鉻合金陰極材料的研究，結(jié)合產(chǎn)物物相組成、微觀結(jié)構(gòu)及各元素含量等方面檢測，分析了陰極組成對(duì)電解的影響；研究了陰極電解反應(yīng)歷程；探討了石墨陽極、石墨坩堝破損及尾氣中的CO對(duì)電解效率的影響。主要研究工作如下：
　　

3、TiO2與Cr2O3按照物質(zhì)的量比為1:1混合后，分別摻雜0％、5%、15%、25%不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CaTiO3，陰極中TiO2以已有的CaTiO3為晶核電解生成顆粒狀的Jahn-Teller晶格畸變的CaTiO3，晶格畸變有利于Ca2+和O2-的脫除，增大了有效反應(yīng)面積，增大了孔隙率；且隨著摻雜量的增大，電解效率逐漸增大，摻雜25%陰極電解3h產(chǎn)物為Ti1.07Cr1.97。
　　CaTiO3與Cr2O3按照物質(zhì)的量比為1:1混合

4、后，分別摻雜0%、5%、15%、25%不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NH4HCO3。首先對(duì)摻雜0%的陰極電解不同時(shí)間的產(chǎn)物進(jìn)行分析，反應(yīng)1h內(nèi)Cr2O3電解得到金屬Cr，Cr存在增大了陰極導(dǎo)電性，促進(jìn)CaTiO3的電解，CaTiO3逐步脫去Ca2+和O2-，每一步還原得到的低價(jià)TiO2-x以金屬Cr為晶核生長為TiCr基合金，2h就得到產(chǎn)物Ti1.07Cr1.97，電解6h得到目的產(chǎn)物L(fēng)aves相TiCr2合金，經(jīng)歷的反應(yīng)歷程為：首先Cr2O3電解為C

5、r，CaTiO3逐步電解為TiO、Ti6O和Ti，Cr與低價(jià)鈦氧化物反應(yīng)逐步反應(yīng)生成Ti1.07Cr1.97、TiCr1.93、TiCr2合金。摻雜增孔劑NH4HCO35%、15%、25%的陰極電解3h均得到Laves相的TiCr2合金，提高了電解效率，摻雜增孔劑燒結(jié)后，NH4HCO3完全分解為氣體逸出，陰極孔隙率增大，利于Ca2+和O2-的逸出；摻雜15%增孔劑陰極燒結(jié)后，比表面積最大，有較多的反應(yīng)中心，Ca2+和O2-可以同時(shí)從陰極

6、內(nèi)部和外部進(jìn)行脫除，增大了電解效率，且樣品厚度適中，離子擴(kuò)散通過孔的遷移時(shí)間較短。
　　制備鈦鉻合金過程中，發(fā)現(xiàn)石墨陽極及石墨坩堝發(fā)生破損現(xiàn)象，探討了破損是氧化消耗和物理破損共同作用的結(jié)果。石墨陽極及石墨坩堝是多孔材料，內(nèi)部有復(fù)雜的空間孔隙網(wǎng)，這些碳網(wǎng)平面中有一定數(shù)量的邊緣碳原子，其中有未飽和的化學(xué)鍵和自由的π電子，是最容易發(fā)生氧化消耗的部位，從邊緣碳原子開始，與熔鹽中的O2-生成CO2或CO，最終會(huì)看到石墨陽極和石墨坩堝上形成的