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铝锂合金和镁锂合金是重要的轻质结构材料,在航空、航天以及汽车工业等领域有着广泛的发展前景。传统铝锂合金和镁锂合金的制备多采用混熔法,本文在LiC1-KCl熔盐中,采用多元共电沉积的方法制备铝锂合金和镁锂合金,利用循环伏安法、计时电位法和开路计时电位法等电化学方法研究Al(Ⅲ)、Mg(Ⅱ)、Li(Ⅰ)、Er(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)离子在熔盐中的电化学行为及合金共沉积机理,制备了不同相组成的Al-Li、Al-Er、Al-Li-Er、Al-Li-Er-Tm 和 Mg-Li-Al-Er 合金,并利用 ICP-AES、XRD、SEM 和 EDS 等技术对合金样品进行了分析表征。主要分为以下五个部分:1.在LiCl-KCl-AlF3熔盐体系中,研究了 Al(Ⅲ)的电化学行为,结果表明,Al(Ⅲ)离子在-1.25V(vs.Ag/AgCl)还原成金属Al,当扫描速率低于300mVs-1时,还原过程由扩散控制并呈现可逆性,计算了 Al(Ⅲ)离子的扩散系数和扩散活化能。Li(Ⅰ)离子在预先沉积金属铝的电极上发生欠电位沉积,在-2.25V(vs.Ag/AgCl)时析出并形成Al-Li合金。当阴极电流密度大于0.188 Acm-2或阴极电位负于-2.30 V(vs.Ag/AgCl)时,可以实现A1和Li的共沉积。采用恒电流电解的方法制备了相组成为AlLi、Al2Li3和Al4Li9的Al-Li二元合金。2.在LiCl-KCl-ErCl3熔盐体系中,研究了 Er(Ⅲ)离子的电化学行为,采用阴极合金化的方法制备了铝铒合金。采用电化学方法研究了稀土离子Er(Ⅲ)在钨电极上的电化学还原过程,Er(Ⅲ)在-1.93V(vs.Ag/AgCl)发生一步电子转移还原成金属Er,当扫描速率低于200 mV s-1时,还原过程是可逆的并且受扩散控制,计算了 Er(Ⅲ)在793 K下的扩散系数。循环伏安法和开路计时电位法表明,Er(Ⅲ)离子在铝电极上发生欠电位沉积使得析出电位正移,分别在-1.48 V、-1.61 V和-1.71 V(vs.Ag/AgCl)形成三种稳定的Al-Er金属间化合物。采用阴极合金化的方法恒电位电解制备含Al3Er、Al2Er、Al2Er3和AlLi相的Al-Er和Al-Li-Er合金。利用能斯特方程求得Al3Er、Al2Er和Al2Er3的生成吉布斯自由能。通过吉布斯-亥姆霍兹方程计算Al3Er合金化反应热效应,解释了欠电位沉积的机理,为在793 K下制备了熔点为1343 K的金属间化合物Al3Er提供了理论依据。3.在 LiCl-KCl-Er203-AlCl3 熔盐体系中,研究了 Al(Ⅲ)、Li(Ⅰ)和 Er(Ⅲ)离子的电化学行为,共沉积制备了铝锂铒合金。研究表明,Al(Ⅲ)离子和Er(Ⅲ)离子的还原峰电位分别是-1.02 V和-1.91 V(vs.Ag/AgCl),Er(Ⅲ)离子在预先沉积了金属铝的电极上发生欠电位沉积,分别出现在-1.39V和-1.49V(vs.Ag/AgCl)的两个还原峰,对应两种铝铒金属间化合物的形成。当阴极电位负于-2.30 V(vs.Ag/AgCl)或阴极电流密度大于0.32 A cm2时,可以实现Al(Ⅲ)、Li(Ⅰ)、Er(Ⅲ)的共沉积,制备Al-Li-Er三元合金。循环伏安法和对熔盐的XRD分析表明,AlC13对Er203有氯化作用,生成ErCl3。共沉积制备了相组成为Al2Er、Al2Er3和Al4Li9相的Al-Li-Er三元合金。对合金样品的SEM和EDS分析表明,稀土元素Er主要分布在晶界处。4.在LiCl-KCl-AlF3-ErCl3-TmCl3熔盐体系中,研究了Al(Ⅲ)、Li(Ⅰ)、Er(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)离子的电化学行为,恒电流电解多元共沉积制备铝锂铒铥四元合金。结果表明:Tm(Ⅲ)离子分别在-1.56 V和-2.12V(vs.Ag/AgCl)发生两步电子转移还原为金属铥。稀土离子Er(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)在预先沉积了金属铝的电极上发生欠电位沉积,使得析出电位正移。当阴极电位负于-2.32 V(vs.Ag/AgCl)或阴极电流密度大于0.469Acm-2时,可以实现Al、Li、Er和Tm的共沉积。当熔盐中AlF3的添加量在8.00 wt.%和11.54 wt.%之间时,恒电流电解共沉积制备含有强化相Al3Er和Al3Tm的Al-Li-Er-Tm四元合金。SEM和EDS分析表明,稀土元素Er和Tm则主要存在于合金的晶界中,细化了晶粒。5.在 LiCl-KCl-MgCl2-AlCl3-ErCl3 熔盐体系中,研究了 Mg(Ⅱ)、Li(Ⅰ)、Al(Ⅲ)Er(Ⅲ)离子的电化学行为,多元共沉积制备了镁锂铝铒四元合金。结果表明,金属离子Al(Ⅲ)、Mg(Ⅱ)、Er(Ⅲ)和 Li(Ⅰ)依次在-1.03 V、-1.86 V、-1.99 V 和-2.25 V(vs.Ag/AgCl)发生还原。Er(Ⅲ)离子在预先沉积了金属铝的电极上发生欠电位沉积,分别出现在-1.42 V和-1.50 V生成两种Al-Er金属间化合物。当阴极电流密度大于0.89 A cm-2时或阴极电位负于-2.30 V(vs.Ag/AgCl)时,可以实现Mg、Li、Al和Er的共沉积。XRD、SEM和EDS分析表明,稀土元素Er主要与铝结合形成金属间化合物,以Al2Er和Al2Er3形式存在,金属镁与铝结合形成Mg17Al12相。Mg元素在合金中均匀分布,而Al和Er元素则主要分布在晶界中。