浅议ffc法制备钛钒合金机理研究及其影响因素

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1、东北大学硕士学位论文FFC法制备钛钒合金机理研究及其影响因素姓名：杨升红申请学位级别：硕士专业：环境科学指导教师：杜继红20090601东北大学硕士学位论文摘要FFC法制备钛钒合金机理研究及其影响因素摘要随着天然能源的枯竭以及人类环保意识的加强，开发清洁新能源己成为人类十分关注的问题。氢是21世纪重要的新能源之一，它的廉价制取、存储与运输已是当今的重点研究课题。V—Ti系列合金，具有良好的储氢性能，可作为燃料电池氢源，在氢气的存储和运输等方面有着广泛的应用前景。将海绵钛和金属钒按照一定的比例混合均匀后，压制成电极，在真空感应炉中进行熔炼，是传统制备钛钒合金的方法。然

2、而在熔炼温度下，金属钒的平衡蒸汽压远远高于钛的平衡蒸汽压，造成大量的钒因挥发而损失，难以控制钛钒合金成分的均匀性，给环境及经济带来了巨大的损失。采用FFC法，只要在制作阴极片时根据所需合金成分来配比原料中氧化物的量，通过电解就可以获得事先要求成分的合金。武汉大学金宪波等人采用FFC法制备出VTi20(质量比)合金。FFC法电流效率低，电解脱氧过程效率很低，所以氧化物直接电解还原制取氧含量达到标准的钛合金存在困难，因此提高FFC法电解脱氧效率是促进该法电解制备钛及钛合金工业化应用的重要前提。如何提高FFC法电解脱氧效率，关键要在理论上揭示氧化物直接电解脱氧机理、探明电

3、极过程动力学。本文针对FFC法制备钛钒合金的过程，通过实验研究阴极制各过程的氧化物相组成的变化情况，电解过程的阴极反应历程以及电解电压、熔盐体系、电解温度、阳极材料、阴极含钒量及阴极集流体材料等因素对电解脱氧过程的影响，为进一步揭示FFC法制备钛钒合金过程的反应机理提供实验依据。实验结果表明，钛钒氧化物组成为锐钛矿型Ti02和V205。在经过600。C烧结6h后，锐钛矿型Ti02转变为金红石型"tri02，9：1钛钒混合氧化物中的钒全部固溶到金红石型结构的Ti02中形成填隙式固溶体，8：2钛钒混合氧化物中的钒几乎全部固溶到金红石型结构的Ti02中形成主相，另外还有少

4、量的V205相。氧化物中的钒固溶到金红石型Ti02中，随后作为阴极进行电化学脱氧反应，固溶到之后的每一步化学反应或电化学反应的产物中形成固溶体，直到形成的最终产物钒原子，固溶到金属钛的晶格中形成钛钒合金相。钛钒氧化物在电解脱氧的过程中，与CaCl2熔盐中的水解产物CaO发生了化学反东北大学硕士学位论文摘要应生成CaTi03，从而改变了其电解脱氧途径。CaTi03的生成从热力学和动力学上阻碍了电解脱氧反应，降低了电解脱氧效率。在电解脱氧过程中，氧化物直接电化学还原反应与钙的嵌入反应同时进行。对不同电解时间的产物表面和粉末进行XRD分析，结果表明钛钒氧化物电解脱氧的过程

5、是一个由表面向内层，由高价态向低价态逐步还原的过程。通过电解电压对钛钒氧化物电解脱氧过程的影响实验，结果表明选择适当的电压有利于电解脱氧反应的进行。900℃，对9：1钛钒氧化物进行电解，电压为2．0v时，生成的钛钒合金成分符合其前驱体的计量配比，电压为2．5v时，电解脱氧效率最高。900℃，对8：2钛钒氧化物在2A电流下进行恒流电解4h实验，结果表明所生成的钛钒合金成分符合其前驱体的计量配比。长时间大电流电解易使阴极表面烧结，使内层的02一传输受到阻碍，形成三明治结构。通过熔盐体系及电解温度对钛钒氧化物电解脱氧过程的影响实验，结果表明使用CaCl2熔盐电解脱氧效果最

6、好，并且随着温度的升高，电解脱氧效率提高。因此选择CaCl2熔盐和900℃的电解温度。通过阳极材料对电解脱氧过程的影响实验，结果表明以Pt作为阳极进行电解脱氧，比起石墨阳极来说，其表面和芯部均呈现出典型的脱氧形貌特征，且样品断面疏松，经EDS分析，未检测出氧，脱氧效果较好。通过使用含钒量不同的阴极、不同烧结温度制备的阴极以及采用不同的阴极集流体材料对电解脱氧过程的影响实验，结果表明阴极钒含量的增加，可加快阴极电解脱氧速率；烧结温度从600℃提高到650℃，对电解脱氧效率影响不大；Ti、NiCr、Mo丝中，采用Mo丝作阴极集流体电解效果最好。关键词：FFC法；钛钒合金

7、；机理；影响因素东北大学硕士学位论文AbStlactMechanismandFactorsofElectrolysisforPreparationofTitanium--vanadiumAlloybyFFCMethodAbstractThenewtypeenergysourceispaidmuchmoreattentionwiththelackofenergyontheearth．．Beingoneoftheimportantenergyon21’st，thepreparationandtransportationofHydrogenisthekeyproble