熔鹽電解法制備鋁鈧合金及其微觀組織分析PPT課件

1、提 綱1. 研究背景2. 電解設備的設計與制作3. 電解過程的探索4. 電解制備鋁鈧合金5. 鋁鈧合金金相組織分析6. 結論第1頁/共25頁一. 研究背景目前電解制備鋁鈧合金的設備有兩種：（1）在實驗室條件下能電解出幾克到幾十克的小型實驗裝置；（2）工廠里電解產量非常高的大型電解設備。 鋁鈧合金價格十分昂貴，若使用購買的鋁鈧合金做實驗代價太高，所以能否設計制作出一種電解裝置，能在實驗室條件下電解制備出滿足實驗需求的鋁鈧合金，受到越來越多的關注。第2頁/共25頁本論文研究的主要內容電解槽的設計與制作電解過程的探索鋁鈧合金的組織分析電解槽的改進電解鋁鈧合金第3頁/共25頁電解設備的線路連接示意圖溫

2、度控制柜380v,25kw直流電源500A,60V電解槽供電電源二. 電解設備設計與制作第4頁/共25頁電解槽結構示意圖(一) 第5頁/共25頁電解純鋁電解質組成(wt%)為： 冰晶石(91%)、氟化鈣和氟化鎂(各2%)、氧化鋁(5%)。 電解15h得到298g 鋁液，理論上應電解出約1006g鋁，電流效率約為29.6% 電解純鋁的成分組成三. 電解過程探索第6頁/共25頁（1）陰陽極出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，大石墨坩堝也出現(xiàn)裂紋；（2）石墨小坩堝偏離原來位置，沒有接收 到鋁液，導致取鋁不便；（3）整個裝置保溫效果不好，散熱嚴重；（4）陰陽極氧化非常嚴重；（5）陰陽極的極距一定，不能進行調整。在電解純鋁的

3、過程中出現(xiàn)的問題：第7頁/共25頁鋼片石墨陽極鋼棒陰極陰極保護管大石墨坩堝鋼保護坩堝石墨陰極盤小石墨坩堝石墨封蓋電解槽結構示意圖(二) 使用粗石墨代替高純石墨原因：（1）粒徑越大的石墨制備的氧化石墨耐腐蝕性越好；（2）孔結構多，尺寸大，緩解熱膨脹導致的內應力。第8頁/共25頁電解鋁鈦合金 通過改進實驗設備和優(yōu)化實驗過程，制作出一套能在實驗室條件下進行電解實驗的設備。鋁鈦合金的成分組成第9頁/共25頁電解質組成(wt%)工業(yè)冰晶石(90.6%)氧化鋁(5%) 氟化鎂、氟化鈣(各2%)高純氧化鈧(0.4%) 電解12h后，取出鋁液，待冷卻后稱量 964g，理論計算約為1208g，電解效率約為79.

4、8%。四. 熔鹽電解法制備鋁鈧合金+=第10頁/共25頁實驗步驟：在鑄錠的中部取樣，經(jīng)過粗磨、細磨、拋光、腐蝕等過程，最后使用金相顯微鏡拍攝金相照片五. 鋁鈧合金的組織分析 第11頁/共25頁電解鋁鈧合金的金相照片Sc百分含量：(a) 0.0856 ，(b) 0.152 ，(c) 0.160 ，(d) 0.358 第12頁/共25頁1. 電解鋁鈧合金晶粒特征尺寸的平均值隨著鈧百分含量變化的曲線面積平均值平均直徑第13頁/共25頁長徑平均值短徑平均值長短徑比平均值結論：從曲線圖中可以看出，各特征尺寸都隨著鈧含量的增加而逐漸變小，并且晶粒由含鈧量低的樹枝晶逐漸趨向于等軸晶。第14頁/共25頁iii

5、NLN2. 概率密度分布圖 對不同含鈧量的晶粒特征尺寸進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到在一定間隔尺寸上的晶粒數(shù)占總晶粒數(shù)的百分比直方圖。 根據(jù)直方圖，以所處間隔內的晶粒數(shù)占總晶粒數(shù)的百分比除以間隔的長度作為此間隔所對應的概率密度，繪制出了不同含鈧量的晶粒特征尺寸概率密度分布圖。=總的晶粒個數(shù)間隔長度一定間隔內晶粒個數(shù)第15頁/共25頁面積平均直徑第16頁/共25頁長半徑短半徑長短徑之比結論：隨著鈧含量的增加，合金晶粒的各特征尺寸逐漸變小，分布范圍也逐漸縮小，并且集中度明顯增高，圖中的表現(xiàn)是分布線圖逐漸向左移動，分布區(qū)域越來越小，峰值越來越高。第17頁/共25頁電解鋁鈧合金掃描電鏡圖(一)Sc含量0.0856

6、%第18頁/共25頁所選取點的成分分析SpectrumIns tats.Al (wt%)Sc (wt%)TotalAl-Sc Weight RatioAl-Sc Atom RatioSpectrum1Yes100.000.0010000Spectrum2Yes64.5135.491001.8213.031Spectrum3Yes63.5436.461001.7412.91Spectrum4Yes63.8936.111001.7712.951Spectrum5Yes76.1623.841003.1915.31Spectrum6Yes74.3225.681002.8914.81Spectrum7Y

7、es76.4023.601003.2415.41Spectrum8Yes76.4223.581003.2415.41Spectrum9Yes75.8124.191003.1315.21第19頁/共25頁電解鋁鈧合金掃描電鏡圖(二)Sc含量0.0856%第20頁/共25頁所選取點的成分分析SpectrumIns tats.Al (wt %)Sc (wt %)TotalAl-Sc Weight RatioAl-Sc Atom RatioSpectrum1Yes62.9337.071001.712.841Spectrum2Yes70.7729.231002.4214.031Spectrum3Yes7

8、7.2122.791003.3915.651第21頁/共25頁鋁鈧合金晶粒細化機理 Al3Sc是鋁鈧合金晶粒細化的關鍵因素。在熔液凝固過程中，熔點很高的Al3Sc相首先從熔液中析出，無論是晶體結構還是晶格常數(shù)Al3Sc相都與鋁基體極為相似，這樣的質點能夠起到非均質晶核的作用，同時，鈧還能起到抑制晶粒繼續(xù)長大的作用。第22頁/共25頁六. 結 論(1) 設計并制作電解槽，經(jīng)過多次改進，最終制作出一套適合實驗室使用的電解設備，并電解出了公斤級的鋁鈧合金；(2) 繪制出鋁鈧合金晶粒的面積、平均直徑、長半徑、短半徑和長短半徑之比隨著鈧百分含量的變化曲線圖；并繪制出不同鈧百分含量的鋁鈧合金特征尺寸的概率密度分布圖；從圖中可以看出隨著鈧含量的增加，合金