熔鹽電解法制備鋁鈧合金及其微觀組織分析4.12.ppt

熔鹽電解法制備鋁鈧合金及其微觀結(jié)構(gòu)分析 作者姓名 韓昭勇導(dǎo)師姓名 劉志勇副教授 提綱 1 研究背景2 電解設(shè)備的設(shè)計(jì)與制作3 電解過(guò)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(jié)論 一 研究背景 目前電解制備鋁鈧合金的設(shè)備有兩種 1 在實(shí)驗(yàn)室條件下能電解出幾克到幾十克的小型實(shí)驗(yàn)裝置 2 工廠里電解產(chǎn)量非常高的大型電解設(shè)備 鋁鈧合金價(jià)格十分昂貴 若使用購(gòu)買(mǎi)的鋁鈧合金做實(shí)驗(yàn)代價(jià)太高 所以能否設(shè)計(jì)制作出一種電解裝置 能在實(shí)驗(yàn)室條件下電解制備出滿足實(shí)驗(yàn)需求的鋁鈧合金 受到越來(lái)越多的關(guān)注 本論文研究的主要內(nèi)容 電解槽的設(shè)計(jì)與制作 電解過(guò)程的探索 鋁鈧合金的組織分析 電解槽的改進(jìn) 電解鋁鈧合金 電解設(shè)備的線路連接示意圖 溫度控制柜380v 25kw 直流電源500A 60V 電解槽 供電電源 二 電解設(shè)備設(shè)計(jì)與制作 電解槽結(jié)構(gòu)示意圖 一 電解純鋁 電解質(zhì)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(yīng)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(guò)程探索 1 陰陽(yáng)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(lái)位置 沒(méi)有接收到鋁液 導(dǎo)致取鋁不便 3 整個(gè)裝置保溫效果不好 散熱嚴(yán)重 4 陰陽(yáng)極氧化非常嚴(yán)重 5 陰陽(yáng)極的極距一定 不能進(jìn)行調(diào)整 在電解純鋁的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題 電解槽結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)多 尺寸大 緩解熱膨脹導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力 電解鋁鈦合金 通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程 制作出一套能在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)的設(shè)備 鋁鈦合金的成分組成 電解質(zhì)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(jì)算約為1208g 電解效率約為79 8 四 熔鹽電解法制備鋁鈧合金 實(shí)驗(yàn)步驟 在鑄錠的中部取樣 經(jīng)過(guò)粗磨 細(xì)磨 拋光 腐蝕等過(guò)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 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 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 長(zhǎng)徑平均值 短徑平均值 長(zhǎng)短徑比平均值 結(jié)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(shù)枝晶逐漸趨向于等軸晶 2 概率密度分布圖 對(duì)不同含鈧量的晶粒特征尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 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(nèi)的晶粒數(shù)占總晶粒數(shù)的百分比除以間隔的長(zhǎng)度作為此間隔所對(duì)應(yīng)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 面積 平均直徑 長(zhǎng)半徑 短半徑 長(zhǎng)短徑之比 結(jié)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(dòng) 分布區(qū)域越來(lái)越小 峰值越來(lái)越高 電解鋁鈧合金掃描電鏡圖 一 Sc含量0 0856 所選取點(diǎn)的成分分析 電解鋁鈧合金掃描電鏡圖 二 Sc含量0 0856 所選取點(diǎn)的成分分析 鋁鈧合金晶粒細(xì)化機(jī)理 Al3Sc是鋁鈧合金晶粒細(xì)化的關(guān)鍵因素 在熔液凝固過(guò)程中 熔點(diǎn)很高的Al3Sc相首先從熔液中析出 無(wú)論是晶體結(jié)構(gòu)還是晶格常數(shù)Al3Sc相都與鋁基體極為相似 這樣的質(zhì)點(diǎn)能夠起到非均質(zhì)晶核的作用 同時(shí) 鈧還能起到抑制晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大的作用 六 結(jié)論 1 設(shè)計(jì)并制作電解槽 經(jīng)過(guò)多次改進(jìn) 最終制作出一套適合實(shí)驗(yàn)室使用的電解設(shè)備 并電解出了公斤級(jí)的鋁鈧合金 2 繪制出鋁鈧合金晶粒的面積 平均直徑 長(zhǎng)半徑 短半徑和長(zhǎng)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 合金晶粒的各特