郭志超等：超声对熔盐电解法制备A-7Si-Sc合金组织的影响 ·1137· 电解过程中液态铝阴极界面上发生电化学反应 2.2超声对合金中共晶硅组织的影响 (Sc3++3e→Sc),Sc在阴极表面连续析出.未施加 图2为常规Al-7Si、电解Al-7Si-Sc以及超声- 超声时，电解产生的Sc会因在A!液中扩散速率迟 电解Al-7Si-Sc合金的金相组织及相应的共晶硅片 缓而逐渐富集于A1阴极附近[)，由此在放电界面 层厚度分布.由A-Si二元合金相图可知，当合金 形成一个“富Sc层”并妨碍后续Sc的传输和还原过 温度降至577℃左右时发生共晶反应形成共晶硅. 程，同时伴随着槽电压升高).而引入超声后，超 而加入S后，共晶硅会由较为稀疏的层片状结构转 声效应（声流效应和空化效应）会强化阴极铝液流 变为密集的薄片状或团簇状，共晶硅片层厚度减 动s-),扰动放电界面和“富Sc层”，促进Sc传输 小[】.图2(a)中常规A-7Si合金的共晶硅呈粗大 过程，从而提升Sc的阴极还原反应速率而使合金中 片层状，且片层间距较大，共晶硅片层平均厚度约为 钪含量提高 15.81um.而图2(b)中合金加入Sc后共晶硅转变 表1电解与电解-超声处理下A1-7Si-Sc合金中钪质量分数 为密集的薄片状或团絮状结构，其片层厚度显著减 Table 1 Se mass fraction of electrolytic alloys treated with and without 小到均值约为3.39μm,这与上述文献结果一致.随 ultrasound 后，图2()显示经过超声处理后共晶硅团簇的尺寸 制备方法 No.I No.2 No.3 均值 明显减小，大都在200m以下，而未经超声处理的 电解 1.20 1.14 1.11 1.15 共晶硅团簇尺寸则为500um以上，即超声可使团簇 电解-超声 1.52 1.47 1.45 1.48 组织尺寸降低约60%，且使共晶硅分布更加弥散 均值：15.81μm 200m 10152025303540 共晶硅片层厚度m 均值3.39μm 36 18 200um 123456789101112131415 共晶硅片层厚度加m 均值：3.09um 55 三 200μm 23456789101112131415 共品硅片层厚度m 图2合金中共品硅形貌及共品硅片层厚度分布.(a)A-7Si:(b)电解：(c)电解-超声 Fig.2 Morphology and thickness of eutectic silicon phase in different alloys:(a)Al-7Si alloy;(b)electrolytic alloy;(c)ultrasonic-aided electro- lytic alloy郭志超等: 超声对熔盐电解法制备 Al鄄鄄7Si鄄鄄 Sc 合金组织的影响 电解过程中液态铝阴极界面上发生电化学反应 (Sc 3 + + 3e寅Sc),Sc 在阴极表面连续析出. 未施加 超声时,电解产生的 Sc 会因在 Al 液中扩散速率迟 缓而逐渐富集于 Al 阴极附近[33] ,由此在放电界面 形成一个“富 Sc 层冶并妨碍后续 Sc 的传输和还原过 程,同时伴随着槽电压升高[34] . 而引入超声后,超 声效应(声流效应和空化效应)会强化阴极铝液流 动[35鄄鄄38] ,扰动放电界面和“富 Sc 层冶,促进 Sc 传输 过程,从而提升 Sc 的阴极还原反应速率而使合金中 图 2 合金中共晶硅形貌及共晶硅片层厚度分布. (a)Al鄄鄄7Si;(b)电解;(c)电解鄄鄄超声 Fig. 2 Morphology and thickness of eutectic silicon phase in different alloys: (a) Al鄄鄄7Si alloy; (b) electrolytic alloy; (c) ultrasonic鄄aided electro鄄 lytic alloy 钪含量提高. 表 1 电解与电解鄄鄄超声处理下 Al鄄鄄7Si鄄鄄 Sc 合金中钪质量分数 Table 1 Sc mass fraction of electrolytic alloys treated with and without ultrasound % 制备方法 No. 1 No. 2 No. 3 均值 电解 1郾 20 1郾 14 1郾 11 1郾 15 电解鄄鄄超声 1郾 52 1郾 47 1郾 45 1郾 48 2郾 2 超声对合金中共晶硅组织的影响 图 2 为常规 Al鄄鄄7Si、电解 Al鄄鄄7Si鄄鄄Sc 以及超声鄄鄄 电解 Al鄄鄄7Si鄄鄄 Sc 合金的金相组织及相应的共晶硅片 层厚度分布. 由 Al鄄鄄 Si 二元合金相图可知,当合金 温度降至 577 益 左右时发生共晶反应形成共晶硅. 而加入 Sc 后,共晶硅会由较为稀疏的层片状结构转 变为密集的薄片状或团簇状,共晶硅片层厚度减 小[39] . 图 2(a)中常规 Al鄄鄄7Si 合金的共晶硅呈粗大 片层状,且片层间距较大,共晶硅片层平均厚度约为 15郾 81 滋m. 而图 2(b)中合金加入 Sc 后共晶硅转变 为密集的薄片状或团絮状结构,其片层厚度显著减 小到均值约为 3郾 39 滋m,这与上述文献结果一致. 随 后,图 2(c)显示经过超声处理后共晶硅团簇的尺寸 明显减小,大都在 200 滋m 以下,而未经超声处理的 共晶硅团簇尺寸则为 500 滋m 以上,即超声可使团簇 组织尺寸降低约 60% ,且使共晶硅分布更加弥散. ·1137·