熔盐共电沉积Mg-Li-Al-Zn四元合金电化学机理及可控性研究

目前的镁锂铝锌四元合金都是通过在真空下直接混合和融合金属单质的常规方法制取的。这种传统的方法存在诸如生产工序复杂（需要单独制备四种金属单质）、金属烧损严重和能耗高等一系列问题。针对于此，我们提出采用通过熔盐共电沉积的方法直接制备Mg-Li-Al-Zn四元合金，以镁、锂、铝和锌作为熔盐电解共电沉积的主要元素，建立新的熔盐电解体系，重点研究熔盐体系中各种金属元素的电化学行为、离子扩散系数、一种金属在另一种液态金属或合金上沉积的去极化作用和扩散系数、合金形成过程中的熵变、焓变和吉布斯自由能变化、及四元合金共电沉积过程的电化学机理。力求建立"四元合金元素共电沉积"的相关理论，实现共电沉积过程中合金相或合金成分的可控性。这不仅能对熔盐电解制备高性能的镁锂铝锌四元超轻合金提供可靠的理论依据，也能为其它的多元金属或非金属材料的制备技术提供新的思路。

为了获得Mg(ΙΙ)、Li (Ι)、Al(ΙΙΙ)和Zn(ΙΙ)(或Yb(ΙΙΙ))的电还原过程和共沉积条件，采用从简单到复杂，从单金属沉积、二元、三元到四元合金的形成过程和电极机理，试图从本质上建立四元合金的共电沉积机理及可控性。单一金属沉积研究发现：镁、铝和锌离子在LiCl-KCl熔盐中都为准可逆过程，其扩散系数的数量级都为10-5 cm-2•s-1。二元合金电沉积研究表明：一种金属在另一种液态金属或合金上的扩散要慢得多，锂在固态镁电极上的平均扩散系数为： 2.31 cm2•s-1。.在三元镁（铝）锂基合金方面，以稀土氯化物和氧化物为原料电解制备镁（铝）锂稀土三元合金，通过控制电极电位可以控制合金的相结构，通过调节熔盐体系中的物质含量可以调整合金的成分。在四元镁锂铝锌和镁锂铝镱合金方面，通过不同的电化学方法分析方法研究了Al(ΙΙΙ)、Zn(ΙΙ)(或Yb(ΙΙΙ))、Mg(ΙΙ)和Li (Ι)的电还原过程和共沉积条件。在含有1 wt.% AlCl3和1 wt.%ZnCl2的LiCl–KCl–MgCl2 (8 wt.%)熔盐中，当电流密度低于-0.47 A•cm-2时会发生镁、锂、铝和锌的共沉积。当实际电位比-2.200 V负时会发生发镁、锂、铝和锌的共沉积。这些理论不仅能对熔盐电解制备高性能的镁锂铝锌四元超轻合金提供可靠的理论依据，也能为其它的多元金属或非金属材料的制备技术提供新的思路。经过该项目的研究，累计发表SCI论文23篇，ISTP论文2篇。