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学号: 单位代码: 10407
硕士学位论文
论文题目: 熔盐电脱氧法制备 W-Ni 合金的研究
研究方向冶金电化学
专业名称有色金属冶金
研究生姓名谢泉文
导师姓名、职称廖春发教授
2011 年 12 月 21 日
江西·赣州
摘要
W-Ni 合金是一种具有高熔点、高强度、耐磨性好、热膨胀系数小、抗蚀性
强、抗氧化性能好的合金。广泛的应用于尖端科学领域、国防工业和民用工业等
领域中。如机械、医疗器械、电子、航天和军事工业、汽车部件、日用五金等。
它是一种耐高温的难熔合金,是目前重要的难熔材料之一。熔盐电脱氧法是近年
来发展起来的一种绿色冶金新技术,属于绿色无污染的环保工艺。该工艺生产成
本低,工艺流程短,合金的组分容易控制,可避免因活性金属的扩散较快而引起
的合金偏析、偏聚。
本文采用熔盐电脱氧法,在 CaCl2-NaCl 的熔盐中制备了 W 金属以及 Ni 金
属。在这两个实验的基础上,以烧结的固态混合物 WO3-Ni2O3 圆状片为阴极,
石墨碳棒为阳极,在一定的电压和温度下电解,将 WO3-Ni2O3 圆状片直接还原
成钨镍合金。
通过实验研究了成型压力、烧结温度、熔盐温度、电解时间、阴极片厚度等
相关因素对电脱氧的影响。利用 Miniflex 型 X 射线衍射分析仪测定阴极电解前
后的物相组成,利用 XL30W/TMP 型扫描电子显微镜测试不同条件下阴极片的
电解产物微观形貌,并通过 EDAX 型能谱仪测定阴极片电解产物相关元素的含
量。
研究发现随着压片成型压力的增加,阴极圆状片的整体硬度和体积的收缩程
度都相应变大,阴极片孔隙尺寸相应变小,致密程度则逐渐增大。当成型压力较
小时,颗粒间结合不够紧密,导电性较差,电脱氧效果不好,同时电极容易粉化,
当成型压力过大时,片体内部非常致密,孔隙率相对低,熔盐向内渗透困难,电
脱氧反应进行比较慢; 压片成型压力越大电解脱氧的效果反而越差。熔盐温度越
高,氧离子的扩散迁移速度增大,电解速率加快,但温度过高时脱氧反应不稳定,
电流波动也较大,也不利于反应的控制。然而,过高的熔盐温度会损耗更多的能
量。不同电解电压下,阴极产物形貌有较大差异。当电压为 时,颗粒大小
不一,形状各异,电脱氧的效果不是很好,当电解电压为 时的电解产物的
孔隙及颗粒大小比较均匀,形貌比较规则,明显呈海绵针状。因此熔盐电脱氧应
采用相对较高的电解电压。随着电解时间的逐渐增加,阴极圆状片中的残余氧含
量逐渐减少,电解时间从 3h 到 6h 的残余氧的含量接近线性关系,电解 6h 时,
残余氧含量为 %左右。当电解时间达到 8h 时,残余氧含量为 %左右,
从 6h 到 8h,残余氧含量只有微量的变化。
实验得到的最佳工艺条件是:固态混合粉末 WO3-Ni2O3 在 15MPa 压制成型,
温度为 900℃下烧结 2h,在 750℃的 CaCl2-NaCl 熔盐中,在 电压下电解 6h,
I
可以得到钨镍合金,残余氧含量为 %左右,电流效率为 %。
关键词:三氧化二镍;三氧化钨;电脱氧法;W-Ni 合金;熔盐
II
Abstract
W-Ni alloy is a kind of high melting point,high strength,good wear resistance,
low thermal expansion coefficient,strong corrosion resistance,good oxidation
resistance of is widely used in cutting-edge scientific,fields military industry
and civilian industry and other as machinery,medical equipment
electronics,aerospace and military industry,automobile parts,household hardware
and so is a