熔盐体系中镧系元素双峰效应及Al-Li-Y合金制备机理研究

摘要

铝锂基合金作为一种具有重量轻、比强度高、耐蚀性能好的新型金属材料,受到了航空航天、兵器等领域的广泛关注。随着科技的发展,稀土材料在激光、超导、发光、磁性、半导体、合金和原子能等领域的应用越来越广泛,总结和归纳镧系元素及其化合物性能、结构规律性的研究显得日益重要。
　　本论文首先研究了Y(III)在LiCl–KCl–YCl3熔盐体系中的电化学还原机理,在钼电极上,Y(ΙΙΙ)离子在2.06V(vsAg+/Ag)左右一步还原成金属钇,该还原过程在低扫速下可逆,高扫速下不可逆,且随着扫速的增大Y(ΙΙΙ)还原的不可逆性增大。随后研究了在钼电极上由Y2O3熔盐电解制取Al–Li–Y合金的电化学机理。添加AlCl3可以将在LiCl–KCl熔盐电解质中不溶的Y2O3氯化成YCl3,并溶解在熔盐中。KCl–LiCl–AlCl3–Y2O3熔盐体系中,铝和钇在钼电极上可发生共电沉积,在–1.45V和–1.49V(vsAg+/Ag)左右分别形成α-Al3Y和Al2Y两种金属间化合物。测试说明通过恒电流电解制备的Al–Li–Y合金主要是Al3Y和Al2Y相;随着熔盐中AlCl3浓度增大,合金中的铝钇相由Al2Y向Al3Y转变;通过改变熔盐中氯化铝含量可以控制铝锂钇合金的成分。最后论文研究了镧系(Ln,除钷外)在LiCl–KCl–AlCl3–Ln2O3和LiCl–KCl–ZnCl3–LnCl3两种熔盐体系中的欠电位沉积析出电位和欠电位值随原子系数的递变规律。采用多种电化学方法测量了LiCl–KCl–AlCl3–Ln2O3熔盐体系中Lns的沉积电位值。结果表明Lns比其电极电位更正的电位下还原析出,并形成Al–Lns金属间化合物。富铝Al–Lns金属间化合物的析出电位在Eu和Yb处骤然变得很负,出现两个极值,呈现出“双峰效应”。且Lns在该体系下沉积的欠电位值也呈现出“双峰效应”。同样,研究发现在LiCl–KCl–ZnCl3–LnCl3熔盐中,富锌Zn–Lns金属间化合物的析出电位值也在Eu和Yb处骤然变负,呈现出“双峰效应”,该体系下Lns沉积的欠电位值也呈现出“双峰效应”。
　　本论文研究了钇在熔盐体系中还原的电化学机理。用熔盐电解的方法以氧化钇为原料电解制备了Al–Li–Y合金,探究了合金形成过程中的电化学机理,为新合金的研究制备提供了可靠的理论依据和工艺路线。系统的研究了镧系元素在熔盐体系中的析出电位及去极化值规律,为乏燃料后处理提供了有利的理论依据。

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第1章 绪论

1.1 熔盐和熔盐电解

1.2 铝锂合金

1.3 稀土元素

1.4 本文研究意义和主要研究内容

第2章 实验部分

2.1 试剂与仪器

2.2 电解质与实验装置

2.3 电化学实验测试方法

2.4 实验流程

2.5 样品的分析

2.6 本章小结

第3章 钇离子在LiCl–KCl熔盐体系中的电化学机理研究

3.1 引言

3.2 循环伏安

3.3 方波伏安

3.4 可逆性

3.5 扩散系数

3.6 开路计时电位

3.7 稳态极化法

3.8 本章小结

第4章 由Y2O3共电沉积制备Al–Li–Y合金

4.1 引言

4.2 Y2O3的溶解性

4.3 共沉积Al–Li–Y合金的电化学机理

4.4 恒电流电解铝锂钇合金及沉积物表征

4.5 本章小结

第5章 镧系元素的析出电位和去极化值双峰效应

5.1 引言

5.2 镧系元素在铝上的析出电位和去极化值递变规律

5.3 镧系元素在锌上析出电位和去极化值递变规律

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢