熔鹽電脫氧制備鈦鉻合金中電解影響因素的研究.pdf

1、鈦鉻合金具有良好的抗蠕變性能、抗氧化能力、優(yōu)越的儲(chǔ)氫性能，有著廣泛的應(yīng)用前景。目前制備鈦鉻合金主要以純金屬為原料，通過(guò)粉末冶金法或高溫真空熔鑄法制備合金，但這些方法存在原料成本高、能耗大且污染環(huán)境等缺點(diǎn)，從而造成了鈦鉻合金的價(jià)格較高，限制了其應(yīng)用。科研工作者一直在尋求制備鈦鉻合金的工藝，其中熔鹽電脫氧（FFC法）是一種新的電解工藝，這種方法最大的特點(diǎn)就是工藝簡(jiǎn)單，無(wú)污染，以合金元素的氧化物的混合物直接制備合金。
　　本文采用FFC

2、法制備工藝，通過(guò)壓制成型、燒結(jié)、電解實(shí)驗(yàn)，考察實(shí)驗(yàn)條件（成型壓力、燒結(jié)參數(shù)、電解參數(shù)）對(duì)陰極物相組成、微觀結(jié)構(gòu)及電解產(chǎn)物的影響，探討鈦鉻合金的形成機(jī)理；研究中間產(chǎn)物CaTiO3的形成機(jī)理及形成的CaTiO3對(duì)電解的影響。主要研究工作及內(nèi)容概況如下：
　　通過(guò)陰極(TiO2+Cr2O3)壓制成型實(shí)驗(yàn)，研究了成型壓力對(duì)陰極的強(qiáng)度及孔結(jié)構(gòu)的影響。成型壓力越低，陰極有效反應(yīng)面積越大，但是強(qiáng)度不夠；成型壓力越高，陰極強(qiáng)度越高，但成型壓力過(guò)高

3、，陰極會(huì)變形、開(kāi)裂。綜合考慮陰極的孔結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，確定適宜的成型壓力為20MPa。
　　通過(guò)陰極(TiO2+Cr2O3)燒結(jié)實(shí)驗(yàn)，研究了燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間對(duì)陰極的影響。隨著燒結(jié)溫度的升高，TiO2由銳鈦型逐漸轉(zhuǎn)化為金紅石型并且有鈦的低價(jià)氧化物形成，Cr2O3未發(fā)生變化；陰極的平均孔徑、孔容、比表面積均減小，從而有效反應(yīng)面積減小。從陰極的導(dǎo)電性及其有效反應(yīng)面積方面綜合分析，確定適宜燒結(jié)溫度為850℃。隨著燒結(jié)時(shí)間的增加，開(kāi)孔孔隙變小，

4、樣品更加致密。從陰極的有效反應(yīng)面積方面考慮，確定適宜的燒結(jié)時(shí)間為6h。
　　通過(guò)陰極(TiO2+Cr2O3)電解實(shí)驗(yàn)，研究了不同的電解溫度、電解電壓、電解時(shí)間對(duì)電解產(chǎn)物的影響，并探討了鈦鉻合金的形成機(jī)理。隨著溫度的升高，越有利于鈦鉻合金的形成，但經(jīng)在900℃、950℃溫度下電解，電解產(chǎn)物鈦鉻含量增加不明顯，從節(jié)約能源方面綜合考慮，確定電解溫度為900℃。電解電壓越高，且在不超過(guò)熔鹽的分解電壓條件下，脫氧驅(qū)動(dòng)力越高，越有利于電解的進(jìn)

5、行，實(shí)驗(yàn)確定電解電壓為3.2V。不同的電解時(shí)間，電解產(chǎn)物不同。鈦鉻合金反應(yīng)歷程：反應(yīng)首先生成Cr，同時(shí)中間產(chǎn)物CaTiO3形成并且逐漸還原成鈦的低價(jià)氧化物，在隨后的電解過(guò)程中在新生成的Cr微粒上反應(yīng)生成Ti-Cr基合金。
　　CaTiO3的形成及其對(duì)電解的影響，CaTiO3在不同的實(shí)驗(yàn)階段及陰極的不同位置通過(guò)以下反應(yīng)形成：CaCl2熔鹽水解形成少量的CaO與TiO2反應(yīng)，在陰極表面生成少量的CaTiO3，該反應(yīng)主要發(fā)生在電解初期；

6、在高溫及外電源提供的電子作用下形成大量的O2-與TiO2、Ca2+發(fā)生反應(yīng)，在陰極表面及內(nèi)部形成大量的CaTiO3，該反應(yīng)發(fā)生在整個(gè)電解階段。在擊穿電壓作用下形成少量 O2-，O2-與 TiO2、Ca2+發(fā)生反應(yīng)，在陰極表面形成CaTiO3，該反應(yīng)主要發(fā)生在電解初期；外電源提供大量的電子與TiO2、Ca2+發(fā)生反應(yīng)，在陰極的表面及內(nèi)部形成大量的CaTiO3，該反應(yīng)發(fā)生在整個(gè)電解階段。CaTiO3的形成，使得陰極片結(jié)構(gòu)致密，阻礙了O2-的