熔盐电脱氧法制备Ti、钛合金、AL-Sc合金

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氧化物的熔盐电脱氧法(FFC)是国内外的研究热点,该方法改变了传统电解法对原料的要求,实现了氧化物到金属单质或者合金直接转变,流程短且工艺简单;但也存在电解速度慢、电流效率低等问题,一定程度上阻碍了该技术在工业上的应用。  本论文采用低温熔盐直接电脱氧法,通过不同的前驱体制备条件,制备了金属Ti、Ni-Ti合金、Fe-Ti合金和Al-Sc合金化合物。对电脱氧过程有重要影响的烧结方式、烧结温度、烧结时间、熔盐温度和电解时间进行了研究。取得主要结果如下:  1.采用熔盐直接电脱氧法(FFC),以分析纯TiO2粉末为阴极材料,在800℃温度下、CaO摩尔分数为2%的CaCl2-NaCl熔盐中,非烧结,在3.1 V的恒电压下直接电脱氧还原40 h得到颗粒均匀w(O)为4.21%的金属Ti,电流效率为34.76%; CaO和TiO的加入可加快电脱氧的速度,提高电流效率至42.33%,电脱氧产物中w(O)降低至0.81%;循环伏安法和XRD分析表明TiO2阴极还原过程为TiO2/Ti3O5、Ti3O5/Ti2O3、CaTi2O4/TiO、TiO/Ti2-δ。  2.以NiO和TiO2为原料,阴极烧结温度和烧结时间的研究表明,合适的阴极烧结条件为1000℃、6h;在750℃的CaCl2-NaCl(CaO)熔盐中,3.2V电压下电脱氧还原20h,制得Ni-Ti合金,电流效率为58.21%,产物残余w(O)为2.51%。  3.以Fe-TiO2混合粉末为原料,经20 MPa压力成型。900℃,微波快速烧结30 min后作为熔盐电脱氧的阴极;在700℃CaCl2-NaCl(CaO)熔盐中,以石墨为阳极,3.4V外电压下电解8h,制得Fe-Ti合金化合物;合金颗粒均匀、细小,w(O)为0.01%,电脱氧电流效率为64.3%;在1100℃常规烧结4h的前驱体,颗粒粗大(2 m);在3.4V恒定电压下电脱氧14h后得w(O)为1.2%的Fe-Ti合金,电流效率为32.1%。  4.以Sc2O3、 Al2O3和Al为原料,10MPa压力成型,经过1000℃4h的烧结后,在700℃温度下、CaO摩尔分数为2%的CaCl2-NaCl熔盐中,3.4V电压下直接电脱氧还原制得Al3Sc合金粉末,其残余w(O)为0.08%,电流效率59.5%;而同等条件下以Sc2O3、Al2O3原料电脱氧制得Al3Sc合金的残余w(O)为19.6%,电流效率为28.3%。  本文对电脱氧的前驱体分别采用了非烧结、热辐射常规烧结、微波烧结与液相存在的液相烧结方法,且做抛砖引玉的研究;这对解决目前的熔盐直接电脱氧法的电解速度慢、电流效率低等问题有着重要的作用;同时直接电脱氧还原法,还在发展的起始阶段,还有很大的发展空间,该方法势必为将来为人类社会的发展与进步作出巨大的贡献。
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