CN105316708A - 熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其以金属铜为阴极，石墨棒为阳极，Pt丝为参比电极，含有AlCl3的LiCl-KCl熔盐体系为电解质，在氩气气氛下进行电沉积，通过控制电沉积的阴极电位，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成具有不同相组成的铝铜合金。本发明生产工艺简单、流程短且能耗小，通过控制电沉积工艺参数可以制备不同相组成的铝铜合金，以满足工业领域对不同铝铜合金成分的需求。

Description

熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法
技术领域
本发明属于铝铜合金制备技术领域，具体涉及一种熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法。
背景技术
铝合金具有密度低，比强度高，韧性、热加工性和耐腐蚀性能较好等特点，并广泛应用于航空航天等领域。Cu在铝合金中能产生很大的固溶强化和时效强化作用，可以改善铝合金的流动性、延伸率及周期应变疲劳抗力和断裂韧性，降低合金在腐蚀介质中的裂纹扩展速率等，铝铜合金被广泛的应用在飞机制造、机械制造、电力电子、汽车制造等行业中。
传统制备铝铜合金的主要方法是机械对掺法，存在制备工艺复杂、能耗高、制备的合金成分易偏析等问题。本发明一方面通过控制熔盐电沉积参数制备不同相组成的铝铜合金，另一方面可以提供铝铜合金的电化学形成机理，为工业生产不同相组成的铝铜合金提供理论依据。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，该方法能耗小，流程短，易于实现工业化生产，
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其以金属铜为阴极，光谱纯石墨棒为阳极（阴、阳极间距为3－5cm），Pt丝为参比电极，含有AlCl3的LiCl-KCl熔盐体系为电解质，在氩气气氛下进行电沉积，根据电化学测量曲线通过控制电沉积的阴极电位，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成具有不同相组成的铝铜合金。
具体的，在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和1－5%的AlCl3混匀后，在控制电解槽温度375±10℃、铜阴极电位-1.57±0.05V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成Al4Cu9相的铝铜合金。
具体的，在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和1－5%的AlCl3混匀后，在控制电解槽温度375±10℃、铜阴极电位-1.67±0.03V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成AlCu与Al4Cu9相共存的铝铜合金。
具体的，在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和1－5%的AlCl3混匀后，在控制电解槽温度375±10℃、铜阴极电位-1.72±0.01V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成Al2Cu与AlCu、Al4Cu9相共存的铝铜合金。
本发明的理论依据为在LiCl-KCl-AlCl3熔盐体系中，根据铝在铜阴极上电沉积时的电化学测量结果及其电化学沉积机制，通过控制电沉积过程中铜阴极的电极电位，制备不同相组成的铝铜合金。
本发明方法能够很好的解决对掺法制备铝铜合金时存在的产品易偏析、流程长、生产成本高等缺点，而且通过控制电沉积工艺参数能得到不同相组成的铝铜合金，以满足工业领域对不同相组成的铝铜合金的要求。此外，本发明生产工艺简单、流程短、且能耗小。
附图说明
图1为LiCl-KCl-AlCl3熔盐体系中铝在铜电极上电沉积时在不同回扫电位下的循环伏安曲线图，扫描速度为30mV/s；在图1中出现了三个氧化峰，A′、B′、C′和D′分别相应于Al、Al2Cu、AlCu和Al4Cu9；此图表明了铝铜合金的电化学形成过程，可以通过控制熔盐电解时的电沉积工艺参数可以制备不同相组成的铝铜合金；
图2为实施例1所得产品的XRD图谱；
图3为实施例1所得产品的侧面SEM图谱；
图4为实施例2所得产品的XRD图谱；
图5为实施例2所得产品的侧面SEM图谱；
图6为实施例3所得产品的XRD图谱；
图7为实施例3所得产品的侧面SEM图谱。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其以金属铜为阴极，光谱纯石墨棒为阳极（阴阳极间距为3cm），Pt丝为参比电极，含有AlCl3的LiCl-KCl熔盐体系为电解质（在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和2%的AlCl3混匀即得，即LiCl、KCl、AlCl3的质量比为44.41:55.59:2），在氩气气氛下控制电解槽温度375℃、铜阴极电位相对于Pt丝参比电极为-1.57V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成Al4Cu9相的铝铜合金。所得产品的XRD图谱和SEM图谱分别见图2和图3。
实施例2
一种熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其以金属铜为阴极，光谱纯石墨棒为阳极（阴阳极间距为3cm），Pt丝为参比电极，含有AlCl3的LiCl-KCl熔盐体系为电解质（在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和2%的AlCl3混匀即得），在氩气气氛下控制电解槽温度375℃、铜阴极电位相对于Pt丝参比电极为-1.67V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成AlCu与Al4Cu9相共存的铝铜合金。所得产品的XRD图谱和SEM图谱分别见图4和图5。
实施例3
一种熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其以金属铜为阴极，光谱纯石墨棒为阳极（阴阳极间距为3cm），Pt丝为参比电极，含有AlCl3的LiCl-KCl熔盐体系为电解质（在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和2%的AlCl3混匀即得），在氩气气氛下控制电解槽温度375℃、铜阴极电位相对于Pt丝参比电极为-1.72V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成Al2Cu与AlCu、Al4Cu9相共存相共存的铝铜合金。所得产品的XRD图谱和SEM图谱分别见图6和图7。

Claims (4)

1.一种熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其特征在于，以金属铜为阴极，石墨棒为阳极，Pt丝为参比电极，含有AlCl3的LiCl-KCl熔盐体系为电解质，在氩气气氛下进行电沉积，通过控制电沉积的阴极电位，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成具有不同相组成的铝铜合金。
2.根据权利要求1所述的熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其特征在于，在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和1－5%的AlCl3混匀后，在控制电解槽温度375±10℃、铜阴极电位-1.57±0.05V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成Al4Cu9相的铝铜合金。
3.根据权利要求1所述的熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其特征在于，在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和1－5%的AlCl3混匀后，在控制电解槽温度375±10℃、铜阴极电位-1.67±0.03V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成AlCu与Al4Cu9相共存的铝铜合金。
4.根据权利要求1所述的熔盐电解制备不同相组成的铝铜合金的方法，其特征在于，在电解槽中将质量比为44.41:55.59的LiCl和KCl混合加热熔化，然后加入占两者质量之和1－5%的AlCl3混匀后，在控制电解槽温度375±10℃、铜阴极电位-1.72±0.01V的条件下电沉积1小时，金属铝在铜阴极上析出并持续向铜阴极内部扩散形成Al2Cu与AlCu、Al4Cu9相共存的铝铜合金。
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