熔鹽電解法制備Al-Cu-Nd三元合金及機(jī)理研究.pdf

1、Al-Cu系合金是鋁合金材料中最有代表性的高強(qiáng)韌性合金，且稀土Nd也是典型的過(guò)冷元素，能夠很好的細(xì)化強(qiáng)化合金。因此鋁銅釹系合金在很多的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此本論文以Na3AlF6-AlF3-MgF2-LiF- Al2O3-CuO-Nd2O3為熔鹽電解質(zhì)，共電沉積制備Al-Cu-Nd合金。
　　首先研究溫度和電解質(zhì)組分（C uO、Nd2O3）的加入量對(duì)電解質(zhì)的物理化學(xué)性能的影響，研究結(jié)果分析得出：電導(dǎo)率隨溫度的增加而增加，密度隨溫

2、度升高呈ρ（T）=6.21078-0.00339T線性關(guān)系降低，粘度隨著溫度增加而逐漸降低；當(dāng)溫度為935℃時(shí)，Nd2O3加入量為3 wt.％左右時(shí)，電導(dǎo)率和密度達(dá)最大值；Nd2O3加入量為2.5 wt.%粘度大最小值；且相比沒(méi)有加入2 wt.% CuO的電導(dǎo)率值要提高近15%，粘度值要降低近9.5%。
　　在Na3AlF6-MgF2-LiF電解質(zhì)中，分別以Al2O3、Nd2O3和Al2O3、CuO為原料，溫度935℃，槽電壓3.

3、3V的條件下，制備Al-Nd和Al-Cu合金，并采用還原實(shí)驗(yàn)及循環(huán)伏安法研究 C u2+及Nd3+的析出機(jī)理。研究分析表明：制得稀土Nd含量為4.72 wt.%和獲得純度達(dá)95.17%的Al-Nd合金，且合金中的釹與鋁合金化過(guò)程中主要是以顆粒狀的Al11Nd3相彌散分布在晶界中，同時(shí)通過(guò)還原實(shí)驗(yàn)證實(shí)其中的Nd是可以經(jīng)過(guò) Al熱還原反應(yīng)過(guò)程得到；循環(huán)分析得知，Nd3+離子沒(méi)有出現(xiàn)特征峰，故 Nd3+離子難于與 Al3+離子共電析出，但在電

4、解過(guò)程中加入Nd2O3后Al3+離子擴(kuò)散系數(shù)為D0=0.56子擴(kuò)散系數(shù)D0=0.336提高接近一倍；同時(shí)可制得C u質(zhì)量含量為11.51%，合金純度可達(dá)到97.2%的Al-Cu合金，且合金中C u以環(huán)狀相分布于晶界處，同時(shí)也通過(guò)還原實(shí)驗(yàn)論證合金形成是結(jié)合共電沉積和鋁熱還原兩種還原過(guò)程；加入Al2O3后，由于極化作用，使得Cu電位正移其析出電位為-0.358V。
　　通過(guò)研究溫度、電壓、電解質(zhì)組分對(duì)合金形成速率、組分元素的含量的影響

5、，分析得知Al-Cu-Nd合金較佳的工藝參數(shù)，即電解溫度為935℃、恒壓3.3V、氧化釹的加入為3%左右，此條件下合金形成速率達(dá)到最值，合金中Cu含量達(dá)11.34%，Nd含量可達(dá)4.17%，其余為Al的含量。
　　在不同溫度、外加電壓及氧化釹加入量的條件下制備的合金，通過(guò)SEM和EDS分析得知：Nd皆以白色棒狀或針狀相的Al6Cu3Nd2中間化合物存在于晶界處，Cu以環(huán)狀相的Al2C u及棒狀相的Al6C u3Nd2中間化合存在于