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新法炼钛电解质组成的优化及其在钛合金型材中的应用

作　者: 张福生
导　师: 王淑兰
学　校: 东北大学
专　业: 物理化学
关键词: FFC法钛合金材 CaO 溶解度过剩函数
分类号: TG171
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

钛合金材具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温等优异性能,被广泛用于航空航天、冶金、能源、交通、化工、生物医药等领域。现行Kroll法生产钛的工艺存在着工序复杂、不能连续化生产等缺点,致使钛的成本居高不下,极大的限制了钛的广泛应用。剑桥大学提出的FFC法,是一种在高温熔盐中,直接电解还原金属氧化物而制备金属钛及其合金的新工艺,具有生产流程短、成本低、无污染等优点,被认为是有潜力取代Kroll法的新法炼钛技术。本实验首先从热力学方面对新法炼钛电解质的组成进行了优化研究。采用化学分析法研究了CaO在熔盐CaCl2-x(x=0, NaCl, KCl, SrCl2, BaCl2 and LiCl)中的溶解度、活度系数及其与温度的变化规律,温度升高,溶解度增加,活度降低。混合熔盐中CaO的溶解度低于其在CaCl2中的溶解度,x降低CaO在CaCl2中的溶解度。CaO在CaCl2-NaCl中的活度系数大于其在CaCl2中的活度系数,表明CaCl2-NaCl对CaO的吸引力大于单组分CaCl2对CaO的吸引力。计算了CaCl2-NaCl和CaCl2熔盐中CaO的过剩溶解吉布斯自由焓、焓和熵。CaCl2-CaO系统的过剩熵很小,为5.07J/mol,表明该混合盐行为更接近规则溶液。研究结果为熔盐电解制取和精炼金属提供了参考。钛合金材成型后,需要用硬度很高的刚玉砂料或碳化硅砂料进行清理,过程条件复杂、操作困难、成本高,对其表面处理的新工艺探索研究也在一直进行中。本实验用FFC法直接电解还原钛合金型材表面的氧化物与氮化物,去除杂质。以钛合金材为阴极,石墨坩埚为阳极,在3.0V电压下,电解4h处理一定规格的钛合金型材。经处理表面C、N、O元素含量降低到符合国家标准。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-33
  1.1 引言  11
  1.2 钛的基本性质  11-12
    1.2.1 钛的物理性能  11-12
    1.2.2 钛的化学性能  12
  1.3 钛合金材的应用  12-19
    1.3.1 航空航天  13-14
    1.3.2 船舶工业  14-15
    1.3.3 医学领域  15-17
    1.3.4 汽车工业  17-18
    1.3.5 化工及其他工业领域  18-19
  1.4 金属钛生产工艺发展状况  19-22
    1.4.1 克罗尔镁还原法  19-20
    1.4.2 Hunter法(SL法)  20
    1.4.3 电子中介反应法  20-21
    1.4.4 气相还原法  21
    1.4.5 机械化学法  21-22
  1.5 FFC法  22-25
  1.6 熔盐电解质  25-29
  1.7 钛合金型材的清理  29-32
    1.7.1 喷砂  30
    1.7.2 抛丸处理  30
    1.7.3 酸洗和除鳞  30-31
    1.7.4 检验  31-32
  1.8 本课题的研究内容与意义  32-33
第2章新法炼钛电解质组成的优化  33-45
  2.1 实验过程  33-35
    2.1.1 实验设备  33
    2.1.2 实验试剂  33-34
    2.1.3 实验装置图  34
    2.1.4 实验原理  34-35
  2.2 实验步骤  35-36
  2.3 结果与讨论  36-45
    2.3.1 CaO在CaCl_2和CaCl_2-NaCl中的溶解度  36-38
    2.3.2 CaO在CaCl_2和CaCl_2-NaCl中的活度系数  38-41
    2.3.3 CaO在CaCl_2和CaCl_2-NaCl中的过剩函数  41-45
第3章 FFC法在钛合金材中的应用  45-59
  3.1 实验过程  45-46
    3.1.1 实验设备  45
    3.1.2 实验试剂  45-46
    3.1.3 实验装置图  46
  3.2 实验步骤  46-51
    3.2.1 钛合金材样品的处理  46
    3.2.2 电解电压的确定  46-49
    3.2.3 钛合金材样品的电解处理  49-50
    3.2.4 钛合金材样品的检测  50-51
  3.3 结果与讨论  51-59
    3.3.1 时间电流曲线  51-53
    3.3.2 分析检测  53-59
      3.3.2.1 电阻与硬度分析  53-55
      3.3.2.2 表面成分分析  55-59
第4章结论  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-67
攻读硕士学位期间发表的论文  67

新法炼钛电解质组成的优化及其在钛合金型材中的应用

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