熔盐电解制备Mg-Ce中间合金电化学过程研究

通过循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)和开路计时电位法(OCP)研究了温度为973 K时KCl-NaCl-CeCl_(3)-MgCl_(2)四元熔盐体系中Mg(Ⅱ)和Ce(Ⅲ)在钨电极上的电化学行为以及合金化过程。根据电化学分析的结果,以钨丝为工作电极,石墨棒为辅助电极,于-2.1 V(vs.Ag AgCl)恒电位电解12 h制取Mg-Ce合金。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对电解所得合金的组成以及元素分布进行表征,结果表明合金的基底相为Mg_(17)Ce_(2),第二相为Mg_(3) Ce。

SrCl_(2)-KCl-MgCl_(2)熔体中氯化镁的电化学行为和镁锶共沉积机理

采用循环伏安法、方波伏安法、开路电位等电化学手段评估SrCl_(2)-KCl共晶体系中MgCl_(2)的电化学行为和Mg、Sr共沉积机理。在SrCl_(2)-KCl体系中,Mg(Ⅱ)在钨电极的还原属于一步两电子的准可逆过程;Mg、Sr的电化学共沉积过程形成两种Mg-Sr金属间化合物。基于计时电流法探索共沉积过程的成核类型随过电位的演变关系,结果显示,电极表面的成核模式依赖于基体材料和电极反应产物。所有过电位下对应的前期成核归因于Mg(Ⅱ)的还原。当Mg和Sr共同沉积时,首先是Mg(Ⅱ)在电极表面还原,形成Mg核,随后同时进行Sr(Ⅱ)在Mg表面欠电位沉积和Mg的沉积。此外,随着SrCl_(2)-KCl体系中MgCl_(2)浓度的增加,Mg-Sr共沉积过程中的电流密度相应增加。

氯化物熔盐电解槽电热场模拟分析

氯化物熔盐电解槽在电解过程中受温度影响很大,有必要对电解槽中的电热场进行分析计算。利用COMSOL软件建立三维氯化物熔盐电解槽电热场模型,得到槽内电势和温度分布,分析电解槽的热平衡,在热平衡的基础上,计算电解槽结构参数对电热场的影响,并推导出放大方程。计算表明,缩短阴阳极间距,增大阴极高度、阴极半径、阳极半径及电解质液面高度可以在热平衡的条件下提高电流强度,依据无因次关系式可进行结构优化设计或电解槽放大设计而不需要复杂的建模,可以节省计算资源。

氯化物熔盐电解槽磁场模拟

氯化物熔盐电解槽内部磁场的稳定对电流效率的提升非常重要。以50 kA氯化物熔盐电解槽为研究对象,运用有限元软件COMSOL建立电解槽三维电磁场模型,模拟了50 kA电解槽不同平面x、y、z三个方向的磁场强度和电磁力分布特点,重点研究工艺参数对磁场强度和电磁力分布的影响。结果表明,电流增加,每个平面的磁场强度和电磁力均增加,且增幅相同;降低极距、增加电解质液面高度、增加阳极半径均会使磁场强度最大值和电磁力最大值增加。

液相线半连续铸造7075Al合金二次加热与触变成形

研究了液相线半连续铸造的７０７５Ａｌ合金半固态浆料在不同温度下的液固相比、二次加热组织、触变成形性，以及热处理前后成形件的力学性能．结果表明，７０７５Ａｌ合金触变成形液相比为３０％－５０％时对应的温度区间为６００－６２０℃，二次加热可以将液相线半连续铸造７０７５Ａｌ合金锭坯中的蔷蔽状和近球状组织转化为球形晶粒组织，适合于半固态加工，组织最佳的条件是加热温度５８０℃左右，保温时间１５－３０ｍｉｎ，及加热温度６００℃左右，保温时间５－１５ｍｉｎ之间，加热到６００℃，保温１５ｍｉｎ后７０７５合金流动性成形性非常好，闭模锻造完全可以半固态成形，未经热处理的７０７５Ａｌ合金成形件强度极限达３５７．９ＭＰａ，Ｔ６热处理后强度极限达４６８ＭＰａ．

7075铝合金液相线铸造过程中的形核

研究了 70 75铝合金在液相线及液相线温度附近等温形核过程和组织变化情况·在液相线温度以上 (6 4 5℃ ) ,熔体激冷形核数量相对较少 ,晶粒较大 ,单位面积晶粒数较少且基本不随保温时间变化 ;在逼近液相线温度 (6 32℃ ) ,熔体大量形核 ,晶粒细小球化 ,单位面积晶粒数较多 ,随保温时间先增加后减少 ,在 30min左右达到最大值 ;在液相线温度以下 (6 15℃ ) ,熔体形核数量多 ,但部分合并长大 ,细小的晶粒中伴随着一些粗大晶粒 ,单位面积晶粒数较少 ,随保温时间先增加后减少 ,在 30min左右达到最大值·结果表明 ,在逼近液相线温度 (6 32℃ )下形核保温 30min铸造可期望获得优良的半固态浆料·

LiCl-KCl-MgCl_(2)熔盐体系中Li-Mg共沉积机理研究

Li-Mg合金作为锂电池负极材料在新能源领域中具有广阔的应用前景,熔盐电解法制备Li-Mg合金极具优势。本文采用三电极体系研究了Mg2+在LiCl-KCl-MgCl_(2)熔体中钨电极上的电化学行为及Li-Mg共沉积机理,探究了MgCl_(2)浓度对电解共沉积Li-Mg的影响。方波伏安法与计时电流法实验结果表明:Mg2+在钨电极上一步两电子还原为金属Mg,属于瞬时成核过程,不受温度的影响。计时电位法实验结果表明:随着MgCl_(2)浓度的增加,LiCl-KCl-MgCl_(2)熔体电解共沉积Li-Mg所需的阴极电流密度逐渐增大。当LiCl-KCl-MgCl_(2)熔体中MgCl_(2)浓度为5%时,实现Li-Mg共沉积的最小阴极电流密度为0.287 A/cm^(2)。恒电流电解结果表明:当MgCl_(2)浓度≤5%时,Li-Mg产品中金属Mg含量随着熔体中MgCl_(2)浓度的增加而增大,当MgCl_(2)浓度达到10%时,电解仅得到金属Mg。

7075 Al合金液相线半连续铸造组织及形成机理

研究了液相线半连续铸造法制备 ７０７５ Ａｌ合金半固态浆料的组织．合金熔体在常规铸造温度（７２０℃）下浇注获得的锭坯边部是粗大的枝晶，中间部位组织极不均匀；在接近液相线温度（６４２℃）保温 ３０ ｍｉｎ后的铸造组织较好，中心部位和边部组织的差异较小．在液相线温度附近（６３８℃）保温后进行半连续铸造获得的锭坯中心和边部组织均是均匀、细小的近球形组织． 一次冷却强度的降低、二次冷却强度的增大和铸造速度的减小有利于均匀、细小的近球形组织的形成．熔体中大量内生形核和固－液界面成分过冷的降低有利于上述组织的形成．结果表明，液相线半连续铸造是一种有效的半固态浆料的制备方法．

氯化物熔盐电解槽结构优化

以电热场为基础进行了氯化物熔盐电解槽结构优化,以热平衡为前提得出的电流强度与阴阳极间距、阴极插入深度、阳极半径、阴极半径、电解质液面高度五个因素之间的关系,利用二次回归正交设计的方法,设计了不同的氯化物熔盐电解槽结构参数组合,得出了电流强度与各结构参数之间的无因次方程,优化设计了电流效率最高、能耗最低的电解槽模型。

7075合金液相线半连续铸造与二次加热的合金组织

提出了液相线半连续铸造制备铝合金半固态浆的新工艺 ,研究了液相线半连续铸造 70 75合金的微观组织及其在二次加热过程中的变化。在液相线温度下 (90 8K)半连续铸造的 70 75合金组织为均匀、细小的蔷薇状组织 ,晶粒平均等积圆直径为 2 9.7μm ,晶粒平均圆度为 1.87。经二次加热后 ,铸造组织逐渐转变为等轴晶。在849K下加热 6 0min后 ,晶粒平均等积圆直径为 5 7.6 μm ,平均圆度为 1.49。在 86 9K下加热 30min后 ,晶粒平均等积圆直径为 47.2 μm ,平均圆度为 1.5 4。结果表明 ,液相线半连续铸造可以获得理想的 70

ZL201合金半固态二次加热时的组织演变

利用理论计算与实际观测等手段,研究了采用近液相线方法铸造的ZL201合金坯料在进行二次加热时,α晶粒形貌演变和长大的规律.结果表明,半固态二次加热时,α晶粒形态的整个演变过程可以分为三个阶段:第一阶段为共晶组织的熔化阶段;第二阶段为α晶粒的球化阶段;第三阶段为理论液固成分的平衡阶段.在第一、二阶段α晶粒以合并方式长大;第三阶段α晶粒按Ostwald模型长大.二次加热温度影响组织演化进程,而保温时间决定α晶粒球化效果.在较高的温度下进行二次加热,能够在较短的保温时间内得到适合于触变成形的均匀细小的近球形组织.

7075Al合金LSC铸锭二次加热中的液固相体积分数

研究了液相线半连续铸造法制备的 70 75Al合金坯料在二次加热过程中液固相比的变化 ,分别用电阻法、热涵法测定出不同温度下 70 75Al合金的液相体积分数 ,并与图像法进行了比较·结果表明 ,在 60 0℃左右 ,电阻法与用热涵法、图像法所测的实验结果基本一致 ,正确反映了加热过程中合金的液固相变化规律·用电阻法能方便有效地测定二次加热过程中半固态 70 75Al合金的液固相比 ,具有实时性强的优点 ,在 60 0～ 62 0℃时 ,70 75Al合金液固相比为 3 0 %～ 5 0 % ,完全适于合金的半固态成形·

A356铝合金半固态成形的数值模拟

利用ANSYS有限元模拟软件,通过对温度场与速度场的耦合数值模拟,分析了触变成形过程中充型温度对A356合金半固态浆料流动及温度分布的影响.模拟结果表明:当充型温度为590℃,压射速度为5 m/s时,半固态浆料充型平稳,没有形成喷溅和卷气现象,温度分布没有明显的热节区域形成,半固态浆料成形效果最理想,有利于获得充型完整、轮廓清晰、内部组织致密的半固态成形件.通过实验对数值模拟所获得的工艺参数进行了验证.

Zn-Mn和Zn-Ti二元合金热力学性质

在考虑理论计算合金形成热的各种影响因素的基础上 ,用Miedema二元合金生成热模型计算了彩色热镀锌用Zn Mn和Zn Ti二元溶液的混合焓ΔHmix与添加元素的摩尔分数之间的关系 ;利用Tanaka近似关系式及一些基本热力学关系计算了上述两个二元体系的过剩混合熵ΔSEmix、过剩混合自由能ΔGEmix及各组元的活度。结果表明 ,Zn Mn和Zn Ti两溶液相对于理想溶液都有很大的负偏差。

半固态浆制备新技术——液相线铸造

制浆是半固态金属加工的关键环节。论述了半固态金属浆制备技术的发展与现状,提出了制浆新工艺-液相线铸造。通过对铝合金的试验研究表明,采用液相线铸造法可以获得均匀、细小的非枝晶,其晶粒尺寸小于50μm,该铸造组织经二次加热后完全转变为均匀、细小的等轴晶,是完全适合触变成型的理想的半固态组织。液相线铸造制浆技术具有工艺简单、投资省、生产效率高、适合大规模工业化生产等优点,尤其对变形铝合金半固态浆料的制备具有独特优势。

ZL201合金低频电磁铸造与二次加热的合金组织

采用低频电磁铸造技术制备ZL201合金半固态坯料,研究了电磁场频率以及二次加热温度和保温时间对合金微观组织的影响.结果表明,随着电磁场频率从10 Hz增大到30 Hz,组织的枝晶化趋势逐渐减弱,当电磁场频率为30 Hz时,可以获得均匀、细小的蔷薇状和等轴晶组织.对电磁场频率为30 Hz时铸造的半固态坯料进行二次加热表明,当二次加热温度为630℃,保温20 min后,铸造组织逐渐转变为均匀的近球形组织,具有良好的触变成形性.

液相线半连续铸造112合金的二次加热

用电阻炉恒温加热的方法对液相线半连续铸造法制备的 112合金进行了二次加热试验· 结果表明 ,由于铝合金黑度小 ,吸热慢 ,热导率大 ,传热快 ,在加热过程中 ,试样内部温度分布均匀 ,最大温差不超过 3℃ ,且加热速度快 ,在炉温为 70 0 ,740 ,80 0℃时 ,分别加热 2 1,18,15min后铸锭即可达到半固态状态 ,恢复良好的触变性 ,得到均匀、细小、球化的组织 ,完全适于半固态加工·

冰晶石熔体中Al热还原法制备Al-Sc合金

在ｎＮａＦ·ＡｌＦ３ＫＣｌＮａＣｌ熔盐体系中，用液体Ａｌ还原Ｓｃ２Ｏ３成功制取了ＡｌＳｃ中间合金。最佳工艺条件为：Ｓｃ２Ｏ３加入量约２％，温度１０９３Ｋ左右，反应时间２ｈ。合金中Ｓｃ含量最高为１％，金属收得率接近８０％。此工艺操作简单，反应温度低，同时避免了金属的烧损，可大大降低合金生产成本。实验结果及热力学分析表明，在冰晶石熔体中，Ａｌ还原Ｓｃ２Ｏ３的过程并非是简单的一步还原过程，而是由复杂的多步反应（如络合等）构成的。

半固态金属成形过程的数值模拟技术概况

随着计算材料学的日趋成熟以及计算技术的不断提高,金属成形过程的数值模拟技术得到了快速发展,并已经成为当前材料科学研究领域的热点之一。本文介绍了金属成形过程的数值模拟计算方法、半固态成形过程的数值模拟等方面的国内外研究进展,分析了国内外在该领域存在的差距。

氧化钪在nNaF·AlF_3ScF_3熔盐体系中的溶解

通过三因子三水平正交实验设计， 研究了Ｓｃ２Ｏ３ 在ｎＮａＦ·ＡｌＦ３ＳｃＦ３ 熔盐体系中的溶解度与熔盐成分及温度的关系。结果表明， 冰晶石的分子比与ＳｃＦ３ 的含量是影响溶解度的主要因素，ＳｃＦ３ 含量的增加与分子比的降低有利于Ｓｃ２Ｏ３ 的溶解。随温度的升高，Ｓｃ２Ｏ３ 的溶解度增大， 但温度影响显著性相对较小。在冰晶石分子比为２ ．１ 、ＳｃＦ３ 含量９ ％ 时，Ｓｃ２Ｏ３ 的溶解度可达５ ％ 以上。