【摘要】：本文主要介紹了實(shí)驗(yàn)室條件下小型電解槽的設(shè)計(jì)與制作,使用電解槽測(cè)試并電解出純鋁、鋁鈦合金和鋁鈧合金,分析探討了鋁鈧合金的細(xì)化效果和細(xì)化機(jī)制。 電解體系采用冰晶石-氧化鋁作為電解實(shí)驗(yàn)的主要體系,氟化鎂和氟化鈣作為添加劑。在電解的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題,做了大量的改進(jìn)并付諸實(shí)踐,以保證電解過程有序的進(jìn)行。比如：把原來陰極的棒狀結(jié)構(gòu)改為盤狀,原來陽(yáng)極的筒狀改為圓柱狀,提高了電流效率；所選用的石墨由原來的高純石墨換為粗石墨克服了陰陽(yáng)極的斷裂問題。經(jīng)過多次改進(jìn),最終設(shè)計(jì)和制作出一套易操作、高效率的電解設(shè)備,并使用它在單次實(shí)驗(yàn)中制備出約1公斤的鋁鈧合金。 對(duì)熔鹽電解法制備的鋁鈧合金成分及微觀結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明電解制備的鋁鈧合金細(xì)化效果明顯優(yōu)于熔配制備的合金。隨著含鈧量的增加,細(xì)化效果也越來越顯著。和電解法相比較,熔配法制備的鋁鈧合金不但晶粒細(xì)化效果不明顯,而且鈧的分布也不均勻,容易出現(xiàn)偏聚現(xiàn)象。鈧對(duì)鋁合金晶粒的細(xì)化作用主要因?yàn)锳l3Sc與Al有高匹配性,兩者晶格的錯(cuò)配度小于1%。Al3Sc符合作為非均質(zhì)形核的結(jié)構(gòu)條件,能很好的潤(rùn)濕基體的晶粒,減小兩者之間的接觸角,使Al3Sc相和基體晶粒接觸的結(jié)晶面具有比較小的表面張力,有利于非均質(zhì)形核的形成,能夠達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。 對(duì)熔鹽電解法制得的鋁鈧合金晶粒的面積、平均直徑、長(zhǎng)半徑、短半徑和長(zhǎng)短徑之比進(jìn)行定量測(cè)量和計(jì)算,繪制出晶粒的特征尺寸隨著鋁鈧合金中鈧含量增加的變化曲線圖；并采用概率密度分布具體分析了上述特征尺寸的分布圖。結(jié)果表明,隨著鈧含量的增加,概率密度分布曲線圖逐漸向左移動(dòng),峰值越來越大,晶粒的尺寸越來越小,分布范圍也逐漸縮小,并且集中度明顯增高。
[Abstract]:This paper mainly introduces the design and manufacture of a small electrolytic cell under laboratory conditions, tests and electrolyzes pure aluminum, aluminum titanium alloy and aluminum scandium alloy by electrolytic cell, and analyzes and discusses the refining effect and mechanism of aluminum scandium alloy. Cryolite-alumina was used as the main electrolysis system, and magnesium fluoride and calcium fluoride were used as additives. In the process of electrolysis, problems are found, and a large number of improvements have been made and put into practice to ensure that the electrolysis process is carried out in an orderly manner. For example, the rod structure of the original cathode is changed to the disk shape, the cylinder shape of the anode is changed to the cylindrical shape, and the current efficiency is improved, and the graphite selected is changed from the original high purity graphite to the coarse graphite to overcome the problem of the rupture of the cathode and the anode. After many improvements, a set of electrolysis equipment with easy operation and high efficiency was designed and manufactured, and the aluminum-scandium alloy of about 1 kg was prepared by using it in a single experiment. The composition and microstructure of aluminum-scandium alloy prepared by molten salt electrolysis were analyzed. The results show that the refining effect of electrolytic aluminum-scandium alloy is better than that of melting alloy. With the increase of scandium content, the refining effect is more and more remarkable. Compared with the electrolysis method, the Al-SC alloy prepared by the melting method has not obvious grain refinement effect, and the distribution of scandium is not even, so it is easy to appear the phenomenon of segregation. The effect of scandium on grain refinement of aluminum alloy is mainly due to the high matching between Al3Sc and Al. The mismatch degree of lattice between Scandium and Al is smaller than that of 1%.Al3Sc, which is suitable for the structure condition of heterogeneous nucleation, and can wetting the grains of the matrix well and reducing the contact angle between them. The crystal mask which makes the Al3Sc phase contact with the matrix grain has a relatively small surface tension, which is favorable to the formation of heterogeneous nucleation and can achieve the purpose of grain refinement. The grain area, average diameter, long radius, short radius and ratio of short radius to long diameter of Al-SC alloy prepared by molten salt electrolysis were measured and calculated quantitatively, and the curves of characteristic grain size with the increase of scandium content in Al-Scandium alloy were plotted. The distribution map of the above characteristic dimensions is analyzed by probability density distribution. The results show that with the increase of scandium content, the distribution curve of probability density gradually moves to the left, the peak value becomes larger and larger, the grain size is smaller, the distribution range is gradually reduced, and the concentration is obviously increased.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TF821

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