镁合金作为绿色工程材料,其明显的优点主要表现在密度小、比强度高及比刚度高、阻尼性能高、电磁屏蔽能力强及易回收等,近年来备受关注,其广泛应用于航空航天、交通工具、3C产品等领域。然而镁合金在120℃以上时,其力学性能较差,特别是高温抗蠕变性能、抗腐蚀性能和热裂抗性较差。向镁合金中加入碱土金属元素锶能提高镁合金的耐热性能。镁锶合金的制备一般采用对掺法,该法的缺点是流程长、能耗高,在熔炼的过程中,合金元素烧损和偏析都很严重。鉴于对掺法的缺点,本文提出全部采用金属化合物为原料,通过熔盐电解共沉积一步直接制备镁锶合金的新方法。本论文在700℃下的MgCl2-SrCl2-KCl熔盐体系中采用熔盐电解共沉积法首次制备出了Mg-Sr合金。分别采用循环伏安法,计时电流法和计时电位法等电化学测试方法研究了对MgCl2-SrCl2-KCl熔盐体系中Mg2+阴极还原过程和Mg-Sr合金共电沉积机理。研究结果表明,在MgCl2-SrCl2-KCl熔盐体系中,当氯化镁浓度为2wt%时,Mg2+在钨电极上的电化学还原过程受镁离子浓度差极化的扩散控制,镁离子的阴极还原过程是简单的一步得到2个电子的准可逆反应过程,电位扫描速率的增加、电流强度的增加、熔盐中氯化镁浓度的增加都会增加反应过程的不可逆性。Mg2+的扩散系数可以通过不同的电化学方法求出,其数值均处于10-5 cm2/s数量级,其扩散活化能为55.7kJ/mol。研究不同氯化镁浓度下MgCl2-SrCl2-KCl熔盐体系中镁锶共沉积过程中发现,锶在镁上(镁预先沉积到钨丝阴极上)形成欠电位沉积而形成液态镁锶合金,使得锶的实际析出电位降低了0.5V左右。在阴极相对电位低于-1.5V左右的时候,镁会析出,当阴极相对电位低于-2.0V时,镁锶会形成共析出。在镁锶共析出的时候,整个电极过程不再是简单的扩散控制。通过计时电位法研究发现Mg和Sr能产生共电沉积的电流条件是：在含有2wt%MgCl2的熔盐中,阴极电流密度超过0.71A/cm2；在含有5wt%MgCl2的熔盐中,阴极电流密度超过1.57A/cm2；在含有10wt%MgCl2的熔盐中,阴极电流密度超过2.83A/cm2。通过研究电解温度、电流密度、电解时间和熔盐体系中氯化镁浓度分别对电流效率和合金成分的影响,优化出一条较好的熔盐电解制备镁锶合金的工艺路线,即电解温度为700℃,阴极电流密度为8.0A/cm2,氯化镁浓度维持在10%左右,每隔两个小时左右取出已经沉积出的合金(锶含量35%左右),电流效率可达85%左右,此工艺路线比单独电解锶的电流效率要高出40%。
