熔盐电解法制备铝锂合金新工艺的研究

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铝锂合金具有比重轻、强度与弹性模量高、抗腐蚀、耐高温和超低温等一系列优点从而广泛应用于航空航天及国防太空等领域。目前其主要的制备方法为铸锭冶金法,该法需要的设备成本较高,操作也比较复杂。因此研发铝锂合金的制备工艺已成为当前的热点,本课题主要探讨了在LiF-LiCl-Li2O和LiF-LiCl-Li2CO3熔盐体系中制备铝锂合金的可行性。  利用循环伏安法、线性扫描法、计时电位法以及X射线衍射法(XRD)等研究了锂离子在铝电极上的电沉积机理,确定了LiCl-LiF熔盐体系中锂离子在铝电极上的还原电位及反应产物。研究表明,在530℃条件下,锂在铝电极上沉积形成AlLi(β)合金,还原电位在-1.86V(vs.Ag/AgCl参比电极)左右。  在LiF-LiCl体系中,以Li2CO3为添加原料时,CO32-在阴极发生分解生成C和O2-,且分解电位比锂的析出电位更正,因此当以Al作为阴极进行电解时,会在表面附着一些C,从而影响合金纯度及电流效率;而以石墨为阳极进行电解时,CO32-会与石墨反应,生成CO2气体;当以惰性电极钨丝为阳极进行电解时,溶液中的O2-和CO32-在阳极氧化,生成O2。  在LiF-LiCl体系中,以Li2O为原料时,对铝电极阴极反应没有影响,只是当以石墨为阳极进行电解时,Li2O会与C反应生成CO2气体,而CO2气体易于同Li2O反应结合成Li2CO3,然后CO32-再与石墨反应,生成CO2气体;当采用惰性电极白金作为阳极进行电解时,阳极气体仅为氧气。  由于第三代铝锂合金中都含有一定量的铜,所以在LiF-LiCl体系中,通过循环伏安法研究了锂离子在铝铜合金电极上的电沉积机理。研究表明,在530℃条件下,锂在铝铜合金电极上的还原电位在-1.8V(vs.Ag/AgCl参比电极)左右,为熔盐电解制备铝铜锂合金提供了理论依据。  在研究的电化学结果基础上对LiF-LiCl-Li2CO3(Li2O)体系进行电解制备Al-Li合金的研究,在530℃条件下,使用固体铝做阴极,石墨做阳极进行电解制备Al-Li合金,XRD结果表明在阴极可以得到AlLi(β)合金,电流效率为70.55%。同时在LiF-LiCl-Li2O体系中,在650℃条件下,采用液态铝铜合金(Cu10%)做阴极,石墨做阳极进行电解制备铝铜锂合金,结果表明可以得到含Cu质量分数为1.3%~4.49%的Al-Cu-Li合金。
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