熔鹽電解法制備Cu-Zr中間合金工藝及機理研究.pdf

1、Cu-Zr系合金在航空航天，核工業(yè)，電子芯片，運輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛運用。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。熔鹽電化學研究鋯在陰極上沉積機理：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、計時電位法、計時電流法研究熔鹽體系中Zr4+在鎢絲工作電極上的電化學還原機理，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還原機理。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)定性和流動性，加入二氧化鋯和氧化鎂后保持較好的導電

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，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，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時電流效率有一個最大值，此時電流效率最高，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)量分數(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，反應過程為準可逆反應。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+的還原過程受擴散步驟的控制。計時電位掃描出兩個平臺，且析出電位分別為-0.87V和-1.07V，驗證了鋯離子在體系中還原為兩步還原。經(jīng)計算得鋯離子在鎢電極上的還原過程為兩步，且分別得兩個電子的反應過程。運用計時電流法，通過Co