【摘要】：現(xiàn)代科技中合金在材料中占有不可或缺的地位,生活中合金處處可見,被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。其中鎂合金、鋁合金與鋅合金等更是在機(jī)械、汽車、航天和電子領(lǐng)域中被廣泛使用。但硬度低、彈性模量低等缺點(diǎn)限制了鎂基、鋁基與鋅基合金的進(jìn)一步應(yīng)用。稀土元素作為合金中的添加劑能夠大大改善合金的性能。本文以稀土 Yb為研究對象,研究Yb(Ⅲ)離子和Zn(Ⅱ)離子在LiCl-KCl熔鹽體系中,W電極上的共沉積過程以及Yb(Ⅲ)離子在液態(tài)Zn電極上的電化學(xué)行為和還原過程,并采用熔鹽電解法從熔鹽中提取Yb,制備Zn-Yb合金,用XRD、SEM和EDS對合金樣品進(jìn)行了表征及分析。1、LiCl-KCl熔鹽中,W電極上,813 K下,首先利用循環(huán)伏安法和方波伏安法研究了 Yb(Ⅲ)離子的電化學(xué)行為,然后利用循環(huán)伏安、方波伏安、開路計(jì)時(shí)電位、計(jì)時(shí)電位方法研究Yb(Ⅲ)離子在LiCl-KCl-YbCl_3中,液態(tài)Zn電極上的沉積機(jī)理。在W電極上,通過計(jì)算Yb(Ⅲ)離子的轉(zhuǎn)移電子數(shù)得知,Yb(Ⅲ)離子還原為金屬Yb經(jīng)過兩步電子轉(zhuǎn)移,但由于Yb(Ⅱ)→Yb(0)的還原電位在Li(Ⅰ)離子之后,無法在電勢窗口內(nèi)觀察到,所以在LiCl-KCl熔鹽中,本論文只計(jì)算了 Yb(Ⅲ)→Yb(Ⅱ)過程的有關(guān)數(shù)據(jù)。Yb(Ⅲ)離子還原為Yb(Ⅱ)離子為可逆反應(yīng),并且受擴(kuò)散控制,Yb(Ⅲ)離子的擴(kuò)散系數(shù)為1.12×10-5cm2·s-1。利用循環(huán)伏安曲線計(jì)算了 YbCl_3的吉布斯自由能及活度系數(shù)。在液態(tài)Zn電極上,當(dāng)電極電位為-1.72 V和-1.90 V時(shí),對應(yīng)兩種合金的析出。Yb(Ⅲ)離子在液態(tài)Zn上發(fā)生欠電位沉積,獲得了兩種金屬間化合物。恒電流電解3 h得到球狀Zn-Yb合金,并利用XRD、SEM和EDS分析合金的形貌和組成。2、采用循環(huán)伏安、方波伏安等電化學(xué)研究方法研究Zn(Ⅱ)離子和Yb(Ⅲ)離子在LiCl-KCl熔鹽體系中的電化學(xué)行為。通過與相圖的對比,得到相圖中所有金屬間化合物的析出電位。通過恒電位電解法,使Zn(Ⅱ)離子和Yb(Ⅲ)離子共電沉積提取Yb,并計(jì)算了提取效率為99.49%。利用恒電流電解法在LiCl-KCl-ZnCl_2-YbCl_3熔鹽體系中制備了 YbZn_2、YbZn_(11)和Yb_3Zn_(11)合金并利用XRD、SEM和EDS對合金進(jìn)行分析。3、在813 K下,LiCl-KCl-ZnCl_2熔鹽中,通過不同電化學(xué)測試方法研究Yb_2O_3的電化學(xué)行為,實(shí)驗(yàn)表明:Yb_2O_3在LiCl-KCl-ZnCl_2熔鹽中的溶解度不高,所形成的合金峰很弱,這也證明了ZnCl_2對Yb_2O_3的氯化效果很微弱。再利用XRD、SEM和EDS分析恒電流電解法得到的Zn-Yb合金,分析結(jié)果也表明合金中的元素Yb含量很少。
【圖文】：

實(shí)驗(yàn)過程采用ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽體系，ＬｉＣｌ：ＫＣｌ＝ｌ：ｌ。ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽體系熔點(diǎn)低，溶解性逡逑能好。相比于氟化物體系，氯化物體系在很大程度上減少對電阻爐的腐蝕，所以對實(shí)驗(yàn)設(shè)逡逑備的要求也相對較低。ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽體系相圖如圖２．１所示。從相圖中我們觀察到ＬｉＣｌ－ＫＣｌ逡逑熔點(diǎn)在４１５邋°Ｃ左右，非常適合作為高溫電解質(zhì)。但ＬｉＣｌ和ＫＣ１的吸水能力都比較強(qiáng)，暴逡逑露在空氣中會(huì)吸收水分，所以在使用前分別將ＬｉＣｌ和ＫＣ１置于４７３邋Ｋ鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥逡逑７２小時(shí)，防止吸潮。實(shí)驗(yàn)之前，在－２．３邋Ｖ電位下預(yù)電解３小時(shí)，這樣做的目的是為了去除逡逑鹽中的雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中使用的ＹｂＣｌ３是用ＮＨ４Ｃ１氯化得到的。逡逑８00邋．邋■邐■邋Ｉ邋＇邋＇邋＇邋；邋＇邐—Ｔ－邐－■！邋■邋■＇．逡逑７。。卜逡逑６００邋Ｋ邋Ｘ邋１逡逑５００邋＼￣邋／邋－逡逑二邐Ｌｉｅ邋丨邐／邐ＫＣＩ邐二逡逑４００邋—邋ＵＯＵＩＤ邐＼邐／邐ＵＱＬｆＩＤ邐—逡逑１：邋邐－Ｖ邐邐邐：逡逑＇邐ＬｉＣ：邋＋邋ＫＣＩ邐－逡逑３００邋二』…１邐１邋邋邋邋邐邐邐」“■邋一－．邋＂３逡逑０邐２０邐４０邐６０邐８０邐１００逡逑ＬｉＣｌ邐Ｍｏｌ．Ｈ邐ＫＯ逡逑圖２．１邋ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽體系相圖逡逑２．２．２電解槽裝置逡逑在本實(shí)驗(yàn)中使用的電解池結(jié)構(gòu)如圖２．２所示：逡逑１４逡逑

實(shí)驗(yàn)過程采用ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽體系，ＬｉＣｌ：ＫＣｌ＝ｌ：ｌ。ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽體系熔點(diǎn)低，溶解性逡逑能好。相比于氟化物體系，氯化物體系在很大程度上減少對電阻爐的腐蝕，所以對實(shí)驗(yàn)設(shè)逡逑備的要求也相對較低。ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽體系相圖如圖２．１所示。從相圖中我們觀察到ＬｉＣｌ－ＫＣｌ逡逑熔點(diǎn)在４１５邋°Ｃ左右，非常適合作為高溫電解質(zhì)。但ＬｉＣｌ和ＫＣ１的吸水能力都比較強(qiáng)，暴逡逑露在空氣中會(huì)吸收水分，所以在使用前分別將ＬｉＣｌ和ＫＣ１置于４７３邋Ｋ鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥逡逑７２小時(shí)，，防止吸潮。實(shí)驗(yàn)之前，在－２．３邋Ｖ電位下預(yù)電解３小時(shí)，這樣做的目的是為了去除逡逑鹽中的雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中使用的ＹｂＣｌ３是用ＮＨ４Ｃ１氯化得到的。逡逑８00邋．邋■邐■邋Ｉ邋＇邋＇邋＇邋；邋＇邐—Ｔ－邐－■！邋■邋■＇．逡逑７。。卜逡逑６００邋Ｋ邋Ｘ邋１逡逑５００邋＼￣邋／邋－逡逑二邐Ｌｉｅ邋丨邐／邐ＫＣＩ邐二逡逑４００邋—邋ＵＯＵＩＤ邐＼邐／邐ＵＱＬｆＩＤ邐—逡逑１：邋邐－Ｖ邐邐邐：逡逑＇邐ＬｉＣ：邋＋邋ＫＣＩ邐－逡逑３００邋二』…１邐１邋邋邋邋邐邐邐」“■邋一－．邋＂３逡逑０邐２０邐４０邐６０邐８０邐１００逡逑ＬｉＣｌ邐Ｍｏｌ．Ｈ邐ＫＯ逡逑圖２．１邋ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔鹽體系相圖逡逑２．２．２電解槽裝置逡逑在本實(shí)驗(yàn)中使用的電解池結(jié)構(gòu)如圖２．２所示：逡逑１４逡逑
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF845

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2709827