Kinetics of electroreduction of zirconates on tungsten in fluoride melts

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Aluminum alloys with zirconium additives are increasingly used in the aerospace industry, instrument making and power engineering, due to the combination of increased corrosion and thermal resistance without compromising density and electrical conductivity. A promising method for producing such alloys is synthesis in molten fluorides of alkali and alkaline earth metals, using oxides as a consumable metal-containing component. According to existing scientific and technical data, the use of electrolysis can contribute to an increase in the efficiency of reducing zirconium oxide to metallic oxide, in connection with which, the study of the electrochemical behavior of zirconium ions in fluoride melts is relevant. The method of cyclic chronovoltammetry was used to study the main regularities of cathodic electroreduction of zirconium and aluminum ions from melts based on KF–AlF3 with additives of zirconium and aluminum oxides at a temperature of 750°C on a tungsten cathode. A series of polarization curves were obtained both in a pure melt and with additives of zirconium and aluminum oxides at potential scan rates from 0.1 to 2 V. It was shown that the discharge of aluminum ions is observed more negative than the potential of –1.6 V, and at a potential of –1.8 to –1.9 V, the Al peak corresponding to the reduction of aluminum ions is formed. In the region of potentials more positive than –1.6 V, the cathodic process AlxWy is also observed, presumably associated with the reduction of aluminum ions and the formation of its intermetallic compounds with tungsten. When ZrO2 is added to the melt under study, the voltammograms additionally show a Zr platform and an Al+Zr peak at potentials of –1.3 and –1.6 V, associated with the discharge of zirconium ions and the combined discharge of zirconium and aluminum ions, respectively. When scanning the potential to the anodic region, the Al’ peak is observed at a potential of about –1.6 V and the Al’ and Zr’ waves, associated with the oxidation of metallic aluminum and aluminum with zirconium from the intermetallic compound, respectively. For the tungsten electrode, an increase in the current densities of the Al+Zr peak and a potential shift with an increase in the potential scanning rate are expectedly observed, which indicates the electrochemical irreversibility of the process under study.

About the authors

A. A. Filatov

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: Aleksander.F.A@yandex.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. Kablov E.N. Innovative developments of FSUE “VIAM” SRC RF for the implementation of “Strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period up to 2030”. Aviation materials and technologies. – 2015. – V. 34 (1). – P. 33.
  2. Gasik M.I. Theory and technology of ferroalloy production / M.I. Gasik, N.P. Lyakishev, B.I. Emlin. – M.: Metallurgy, 1988. – 784 p.
  3. Belov N.A. Effect of Zr additions and annealing temperature on electrical conductivity and hardness of hot rolled Al sheets / N.A. Belov, A.N. Alabin, I.A. Matveeva, D.G. Eskin // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2015. – V. 25. – P. 2817–2826.
  4. Napalkov V.I. Alloying and modifying magnesium and aluminum / V.I. Napalkov, S.V. Makhov. – M.: MISIS, 2002. – 376 p.
  5. Pershin P.S. Aluminothermic production of Al-Zr alloys in KF-AlF3 melt / P.S. Pershin, A.A. Filatov, A.V. Suzdal’tsev, Yu.P. Zaykov // Melts. – 2016. – No. 5. – P. 413–421.
  6. Suzdal’tsev A.V. Electrode processes in the production of aluminum and its ligatures in melts based on the KF-AlF3-Al2O3 system: dis. ... Dr. of Chemical Sciences: 2.6.9. / Suzdal’tsev Andrey Viktorovich – Yekaterinburg, 2022. – 259 p.
  7. Nikolaev A.Yu. Obtaining aluminum-scandium ligatures in KF-NaF-AlF3-Sc2O3 melts: dis. ... Cand. Chemical Sciences: 2.6.9. / Nikolaev Andrey Yuryevich. – Yekaterinburg, 2021.– 116 p.
  8. Lyakishev N. P. State diagrams of binary metallic systems: Handbook in 3 volumes / N. P. Lyakishev. – M .: Mechanical Engineering, – 1996. – T. 1. 992 p.
  9. Bard A. J. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed. / A. J. Bard, L. R. Faulkner. – NY.: John Wiley & Sons, – 2001. – 850 p.
  10. Scholz F. Electroanalytical Methods, 2nd ed. / F. Scholz. – Berlin Heidelberg.: Springer-Verlag, – 2010. – 360 p.
  11. Nikolaev A.Yu. Electrolysis of aluminum in melts and suspensions of KF-AlF3-Al2O3 / A.Yu. Nikolaev, A.S. Yasinsky, A.V. Suzdaltsev, P.V. Polyakov, Yu.P. Zaykov // Melts. – 2017. – No. 3. – P. 205–213.
  12. Nikolaev A.Yu. Voltammetry in melt and suspensions of KF-AlF3-Al2O3 / A.Yu. Nikolaev, A.S. Yasinsky, A.V. Suzdaltsev, P.V. Polyakov, Yu.P. Zaykov // Melts. – 2017. – No. 3. – P. 214–225.
  13. Galius Z. Theoretical foundations of electrochemical analysis / Z. Galius // 1974. Moscow. 552 p.
  14. Scholz F. Electroanalytical methods, theory and practice / F. Scholz. – M.: Binom. Laboratory of knowledge, – 2010. – 326 p.
  15. Stepanov V.P. Basic issues of electrochemistry of molten salts / V.P. Stepanov // Russian Academy of Sciences, Ural Branch, Institute of High-Temperature Electrochemistry. – Ekaterinburg: RIO UrO RAS. – 2012.
  16. Mathieu S. Transport in molten LiF–NaF–ZrF4 mixtures: A combined computa-tional and experimental approach / S. Mathieu // Journal of Fluorine Chemistry. – 2009. – V. 130. – № 1. – P. 61–66.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».