论文部分内容阅读
铝合金因其优异的机械、物理性能,成为目前广泛应用的一种轻质合金材料。近年来,中国航天和军工工业迅速发展,对铝合金的综合性能也提出了更高的要求。Y-Ni-Al合金不仅具有低密度、耐热、耐腐蚀等优良特性,还具有极高的拉伸强度和抗冲击强度等机械特性,在航空、军工以及储氢材料等领域受到了高度关注,对中国军工业和新能源材料的发展具有重要意义。传统的对掺法制备Y-Ni-Al合金时存在着Y、Al氧化烧损严重、合金成分不均匀等问题,而熔盐电解是生产铝、镁、稀土等活性金属及其合金的常用方法,可避免Y、Ni、Al三者的化学活性、密度和熔点等差异对合金制备过程产生的不利影响。因此,本文尝试采用熔盐电解的方法制备Y-Ni-Al合金并对合金的形成机理进行深入研究。首先,通过循环伏安法、方波伏安法、开路计时电位法等电化学测试方法研究了Y（III）和Al（III）在700℃的NaCl-KCl熔盐体系中的电化学行为,探究两种离子在惰性电极和Ni电极上的还原电位和还原机制,分析Y-Al、Al-Ni合金的电化学形成过程;然后通过恒电位电解制备了Y-Al和Al-Ni合金,对合金的物相结构和微观组成进行了XRD和SEM-EDS分析,并通过电动势法获得了Y-Al、Al-Ni合金的热力学参数。在此基础上,在NaCl-KCl-YCl3-AlCl3熔盐体系中以Ni为阴极,电解制备了Y-Ni-Al合金,并利用SEM-EDS对合金的微观组成进行了分析。主要研究结果如下:（1）700℃的NaCl-KCl熔盐中,Y（III）在W电极上的起始还原电位为-2.1V（vs.Ag/AgCl）,在0.10.5V/s的低扫描速率下,其还原过程是一步得到3个电子的受扩散机制控制的准可逆过程,扩散系数约为2.8×10-5cm2·s-1。在NaCl-KCl-1.5mol%YCl3-1.5mol%AlCl3体系中,Y（III）与Al（III）可在钨电极上还原析出并形成两种金属间化合物YAl3和YAl2;在-2.2 V下进行恒电位电解制备Y-Al合金,XRD和SEM-EDS分析结果表明,所得合金主要由YAl2、YAl3和YAl相组成。（2）700℃的NaCl-KCl体系中,Al（III）在W电极上还原为金属Al是一步得到3个电子的反应,其起始还原电位为-1.0 V（vs.Ag/AgCl）。Al（III）可在Ni电极上还原析出并与Ni形成三种金属间化合物Al3Ni2、AlNi和AlNi3。通过控制不同电位的恒电位电解制备了不同组分的Al-Ni合金,XRD和SEM-EDS分析结果表明,在-1.2V恒电位电解获得的合金主要由金属间化合物Al3Ni2组成,并含有少量AlNi、AlNi3和Al3Ni;-1.1 V和-1.0 V下电解时,产物主要由AlNi和AlNi3以及少量Al3Ni相组成。（3）700℃的NaCl-KCl体系中加入YCl3,Y（III）可在Ni电极上还原析出并与Ni形成金属间化合物YNi3、Y2Ni7和YNi5。当AlCl3加入到NaCl-KCl-YCl3体系后,Y（III）和Al（III）在Ni电极上形成了Y-Al合金和Al-Ni合金,Y-Ni合金相消失。在700℃的NaCl-KCl-1.5mol%YCl3-1.5mol%AlCl3熔盐体系中,于Ni片电极上选择-2.2 V恒电位电解5 h,SEM-EDS分析结果表明产物主要由YAl3、Al、Al3Ni2和AlNi组成。通过分步电解的方式,即:在NaCl-KCl体系中先加入YCl3于-2.0 V恒电位电解6 h,再加入AlCl3于-0.9 V恒电位电解5 h,制备了Y-Ni-Al三元合金。所得合金产物由Al3Ni2、AlNi、Y2Ni7、Y2Ni7Al和YNi7Al2相组成。本文研究结果证实,在氯化物熔盐体系中以Ni为自耗阴极,通过电解共沉积Y和Al制备Y-Ni-Al合金是可行的,相关参数为熔盐电解制备Y-Ni-Al合金提供了技术参考。