DyF3-LiF熔盐电解主体系物理化学性质研究

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镝铜合金具有提高材料的霍尔效应和磁性电阻,改善合金的磁性性能等优点,在制备磁致伸缩材料、磁制冷材料、钕铁硼添加剂等方面有广泛的应用前景。因此研究节能、环保、稳定、可大规模生产制备镝铜中间合金的方法具有重要的现实意义。本文采用旋转法、阿基米德法、拉筒法、连续变化电导池常数法测定在LiF-DyF3熔盐体系内添加不同质量分数的单一氧化物(Dy2O3、Cu2O)以及不同温度(1183K1303K)对熔盐体系粘度、密度、表面张力和电导率的影响并确定熔盐体系电解的合理温度及氧化物添加量范围选取适当的温度和氧化物添加量进行试探性的电解制备出镝铜合金;采用循环伏安法、计时电流法、计时电位法对LiF-DyF3熔盐体系中添加电解原料(Dy2O3、Cu2O)分析熔盐体系内Dy(Ⅲ)、Cu(Ⅰ)在电极表面的电化学机理,确定Dy(Ⅲ)、Cu(Ⅰ)的还原电位、电子迁移数、离子扩散系数、形核方式、离子还原步骤等为合金制备的合金化过程进行机理研究。结果表明:在LiF-DyF3、LiF-DyF3-Dy2O3、LiF-DyF3-Cu2O体系温度升高粘度减小、密度减小、电导率增大,LiF-DyF3、LiF-DyF3-Cu2O体系表面张力减小,LiF-DyF3-Dy2O3体系表面张力增大;在LiF-DyF3-Dy2O3体系内Dy2O3含量增大会导致体系粘度减小、密度增大、表面张力减小、电导率增大;在LiF-DyF3-Cu2O体系内Cu2O含量增大会导致粘度减小、密度增大、表面张力减小、电导率增大;但是,Cu2O添加量大于1.0wt%时,体系的粘度、密度趋于平稳不随添加量的增大而变化,Dy2O3添加量在2.0wt%左右时表面张力趋于定值为0.22σ/(N·m-1);通过合金相图和节能考虑以及对不同氧化物添加量对体系物化性质的影响,选取温度为1243K以LiF-DyF3-Dy2O3(2wt%)-Cu2O(1wt%)为电解体系进行试探性电解电解制备出Cu5Dy基铜镝中间合金;在LiF-DyF3体系内Cu(Ⅰ)→Cu(0)还原电位在-0.6V-0.5V之间,Dy(Ⅲ)→Dy(0)的还原电位在-0.7V-0.6V之间,Dy-Cu合金析出电位在-1.4V-1.3V之间且三个还原过程都为一步还原,还原过程都是受扩散控制,Cu(Ⅰ)扩散速率为3.47×10-3cm2/s,Dy(Ⅲ)扩散速率为1.34×10-3cm2/s;Cu(Ⅰ)形核方式为连续形核,Dy(Ⅲ)以及合金化过程形核方式为连续形核和瞬时形核共同参与。
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