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由水氯镁石直接合成熔盐电解制备镁合金
刘洋
学位类型硕士
导师卢旭晨
2017-07
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业材料工程
关键词镁合金 电解共沉积 水氯镁石 高纯电解质熔盐
摘要

镁合金因具有密度小、比强度高、抗电磁干扰、减震性好、易于回收等优点,而广泛应用于交通运输、航空航天、3C电子、军事、生物医学等领域。镁合金的制备多采用传统的熔炼法(或对掺法),但该方法存在过程繁琐,产品均匀性及性能稳定性差,金属烧损和环境污染严重等问题,因此电解共沉积法得到了越来越多的重视,目前报道的均以无水氯化物为原料合成熔盐电解制备镁合金。本文研究了以水氯镁石(MgCl2 6H2O)及其他含水氯化物(如BaCl2 2H2O、MnCl2 4H2O等)为原料合成无水高纯电解质熔盐,进而电解共沉积制备了镁基合金,分析了各种离子的电化学行为、共沉积条件及合金的组织结构。得到如下主要成果:(1) 973 K时在NaCl-KCl-BaCl2-MgCl2(20 wt.%)中,AlCl3和AlF3提供的Al3+、Zn2+以及Mn2+的析出电位分别为-0.80 V、-0.85 V、-0.65 V、-1.01 V(vs Ag/AgCl参比电极),它们在阴极的还原反应为受扩散控制的一步反应,扩散系数分别为1.94×10-5 cm2 s-1、2.11×10-5 cm2 s-1、2.57×10-5 cm2 s-1、2.81×10-5 cm2 s-1,两种Al3+在阴极的还原不可逆,Zn2+、Mn2+在阴极的还原完全可逆。(2) 以AlCl3摩尔分数小于0.5的AlCl3-NaCl复盐作铝源,加入熔融NaCl-KCl-BaCl2-MgCl2熔盐中制备NaCl-KCl-BaCl2-MgCl2-AlCl3电解质,可有效减小AlCl3加料过程中升华及挥发损失,使AlCl3在电解质中存留量明显提高,提高了AlCl3利用率。以此电解质制备Mg-Al合金时,需加入2 wt.%的KF方可使合金聚集良好。(3) 以AlF3为铝源成功电解制备了多种含铝镁合金,避免了铝源的挥发,解决了合金聚集性差的问题,实现了合金中铝含量的稳定控制。(4) 通过调节阴极电流密度实现了Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-Al-Zn以及Mg-Al-Mn合金的电解共沉积制备,恒电流电解得到的Mg-Al、Mg-Al-Zn、Mg-Al-Mn可漂浮于电解质中,电流效率基本在80%以上。可通过调节电解质组成和电流密度实现对合金组织结构及成分的控制。(5) 电解共沉积并室温冷却得到的Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-Al-Zn合金均由两相组成:α(Mg)相和第二相,第二相分别为Mg-Zn中间化合物(Mg51Zn20和少量的MgZn)、Mn颗粒和固溶较多Zn的Al12Mg17相,而Mg-Al-Mn合金由三相组成分别为α(Mg)相、Al12Mg17相、Al8Mn5相。其中,Mg-Zn、Mg-Al-Zn合金的第二相及Mg-Al-Mn合金的Al12Mg17相分布于晶界,而Mg-Mn合金的第二相及Mg-Al-Mn合金的Al8Mn5相分布于晶界或晶内。

语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/24352
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
刘洋. 由水氯镁石直接合成熔盐电解制备镁合金[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2017.
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