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2018年, 第28卷, 第10期 刊出日期:2018-10-25
  

  • 全选
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    Structural Materials
  • 余文涛,郝启堂,王 倩
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 1913-1919.
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    采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究600 °C热处理时Al-4Ni-2Mn合金中Al9(Mn,Ni)2共晶相的形貌演变及相结构转变。结果表明:在热处理过程中,纤维状的Al9(Mn,Ni)2共晶相几乎全部转变成了椭球状和球状颗粒。而且,随着热处理时间的延长,共晶区的Al9(Mn,Ni)2颗粒发生了Oswald熟化现象。此外,通过研究证实热处理过程中的确存在由Al9(Mn,Ni)2到O相的相变过程。发生了相变的颗粒形貌表明:O相优先在Al9(Mn,Ni)2相的特定晶面上形核,然后沿一定方向朝母相生长。在相变过程中,由于O相的(010)[001]滑移系被激活,因此,在一些O相颗粒表面出现了滑移迹线。
  • 王非凡,孟文,张宏伟,韩志强,
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 1920-1927.
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    采用光学显微镜、X射线衍射技术、扫描电镜、透视电镜以及硬度和拉伸试验研究欠时效处理对挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,在470 °C、4 h的固溶条件下,绝大部分二次相溶解到α(Al)基体中,且枝晶未出现明显的长大。在欠时效工艺条件下,由于GP区的强化效应,随着时效时间和时效温度的增加,合金的抗拉强度和屈服强度增加,而伸长率下降。因此,可通过控制时效时间和时效温度获得具有较高强度和伸长率的合金,使汽车零部件性能达到设计要求。
  • 张志豪,肖飞,王有为,姜雁斌,
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 1928-1937.
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    以开发高强、高阻尼、低密度Al基复合材料为目的,采用粉末挤压方法制备Zn含量(质量分数)为10%~40%的Al/Zn复合棒材试样,通过退火条件控制Zn/Al的扩散程度及界面层的析出形貌,从而提高复合试样的强度和阻尼性能。结果表明,Zn含量10%~30%试样的抗拉强度随Zn含量的增加和退火温度的提高而逐渐增大;Zn含量继续增大至40%时,试样的抗拉强度基本不变或略有下降,而塑性则随之逐渐下降;Al基体的合金化和所形成的Zn/Al扩散界面层是退火试样强度提高的主要原因。随着Zn含量的增加和退火温度的升高,试样的阻尼性能逐渐增大,Zn/Al共析片层部分抵消退火后试样中Al基体的合金化和纯Zn的减少对阻尼性能带来的不利影响,是退火试样具有高阻尼性能的主要原因。Al-30%Zn复合棒材试样经350 °C退火0.5 h具有良好的综合性能:室温抗拉强度为330 MPa,断后伸长率为10%,阻尼性能tan θ为0.025。
  • 薛珺予,李远星,陈 辉,朱宗涛
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 1938-1946.
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    采用激光-金属惰性气体(MIG)复合熔钎焊的方法实现6061-T6铝合金与304不锈钢异种金属对接接头的焊接,并研究焊后接头的显微组织和力学性能。由于熔融金属在不锈钢两侧润湿铺展良好,焊后接头具有良好的截面形貌。采用扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪表征6061-T6/304界面的金属间化合物(IMC)层。结果表明,基于激光-MIG复合焊的优势,IMC层的整体厚度被控制在2 μm左右,位于不锈钢和接头背部余高之间的IMC层的组织主要为Fe3Al,位于其他位置的IMC层的组织主要为Fe4Al13。由于激光束与MIG电弧热源的结合能够有效优化热源分布,焊后接头的IMC层厚度较薄,同时,熔融金属在不锈钢两侧具有良好的润湿铺展。焊后带有余高的接头的抗拉强度可达174 MPa,约为6061母材强度的60%,明显高于传统单一MIG热源作用下的接头的抗拉强度。
  • 谭元标,籍丽媛,刘文昌,向嵩,赵飞,梁益龙
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 1947-1957.
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    研究应变速率和变形温度对具有初始片状α相的47Zr-45Ti-5Al-3V合金在热变形过程α→β相转变的影响。结果表明,当变形温度为550 °C时,α相的体积分数随应变速率的增加而降低;而当变形温度为600和650 °C时,随应变速率从1×10-3 s-1增大到1×10-2 s-1,α相的体积分数先增加到一个最大值,随后随应变速率的增加而逐渐下降;当变形温度为700 °C时,整个变形过程中合金组织由单一β相组成。在一个给定的应变速率条件下,α相的体积分数随着变形温度的增加而降低。随着应变速率的降低和变形温度的增加,球状α相的体积分数和尺寸逐渐增加。当变形温度达到650 °C 和应变速率降低到1×10-3 s-1时,片状α相完全转变为球状α相。α相的体积分数及形貌随应变速率和变形温度的变化显著影响合金的硬度。
  • 肖纬汗,鲁世强,王亚超,石京
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 1958-1969.
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    采用选择性激光熔化法制备石墨烯/Inconel 718复合材料,并评价其力学性能和摩擦磨损性能。采用 XRD、SEM和拉曼光谱技术对复合材料的显微组织进行表征。结果表明,采用选择性激光熔化法制备石墨烯/ Inconel 718复合材料是合理可行的,添加石墨烯纳米片对Inconel 718合金不仅产生了显著的强化效果,而且改善了摩擦学性能。1.0% 石墨烯/Inconel 718复合材料(质量分数)的屈服强度和抗拉强度比未添加石墨烯纳米片的Inconel 718合金分别提高了42%和53%,而其摩擦因数和磨损率分别降低了22.4%和66.8%。石墨烯纳米片增强Inconel 718合金的硬度增加以及在磨损表面形成的石墨烯纳米片保护层是导致摩擦因数和磨损率降低的直接 原因。
  • MehmetYILDIRIM,M.VedatAKDENIZ,AmdullaO.MEKHRABOV
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 1970-1979.
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    研究添加 Mo对Fe50Al50-nMon 合金(n=1、3、5、7和9,摩尔分数,%)凝固及热处理后的显微组织、位相关系、有序-无序相变温度和室温力学性能的影响。通过X射线衍射分析、扫描电镜和差示扫描量热法对材料进行结构表征,通过压缩试验和显微硬度测试研究其室温力学性能。结果显示,所有合金中均有Mo3Al颗粒析出,这是因为Mo在Fe-Al基相中的固溶度有限。铸态Fe50Al50-nMon 合金在室温下表现出脆性,具有高的屈服强度和有限的断裂应变。与铸态合金相比,热处理后除了Fe50Al41Mo9合金以外,其他合金的室温力学性能都得到提高。热处理态Fe50Al43Mo7合金具有最高的断裂应变(25.4%)和抗压强度(2.3 GPa)。
  • Functional Materials
  • 易琛琦,邹俭鹏,杨洪志,冷 娴
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 1980-2001.
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    法拉第赝电容器兼具二次电池高能量密度和超级电容器高功率密度的优点,而电极材料是决定法拉第赝电容器性能的关键。过渡金属氧化物/氮化物作为两种主要的赝电容器电极材料,能在提高能量密度的同时保持高功率密度。本文综述钌氧化物、镍氧化物、锰氧化物、钒氧化物、钴氧化物、铱氧化物等过渡金属氧化物和钛氮化物、钒氮化物、钼氮化物、铌氮化物等过渡金属氮化物的纳米结构设计和高比表面积复合材料制备的最新进展,为法拉第赝电容器电极材料的深入研究提供重要的借鉴意义。
  • 赵国庆,郑怡健,贺治国,卢泽湘,王龙,李彩凤,焦飞鹏,邓春燕
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2002-2010.
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    通过一步尿素辅助水热法合成新颖的硫化铋微球,对作合成的硫化铋微球采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和差示扫描量热法和热重分析法(DTA-TG)进行表征。随后,在可见光照射条件下,通过光降解甲基橙模拟溶液对硫化铋微球的光催化活性进行评估。实验结果表明,在180 min内,硫化铋微球光降解效率可达91.07%,且其可作为一种潜在高效的催化剂用于溶液中甲基橙的去除。同时,依据催化剂价带位置提出了可能性的光降解机理途径。因此,本实验设计了一种可见光响应的光催化剂,并可作为一种有效的光催化剂用于太阳能转换和环境污染物处理领域。
  • Chun-liang YEH, Yi-Chang CHEN
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2011-2016.
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    采用自蔓延燃烧合成(SHS)结合ZrO2铝热还原与PTFE化学激化制备Zr2Al3C4–Al2O3复材。原料包括氧化锆、铝、碳黑和PTFE粉末。除了传统的SHS方法外,合成实验以化学炉辅助的燃烧合成法(COSHS)进行。实验发现,达成自蔓延燃烧的最低PTFE含量为2%(质量分数)。当使用传统SHS方法时,由于燃烧温度低(1152~1272 °C)且反应时间不足,合成复材中主要的碳化物为ZrC,而不是Zr2Al3C4。但是,当应用COSHS技术时,燃烧温度可提高至1576 °C,而且反应在高温下的时间增长,同时可避免铝蒸气的流失;因此,可以成功制备内含少许Zr3Al3C5的Zr2Al3C4-Al2O3复材。Zr2Al3C4晶粒为平板状,厚度约2 μm,长度约10~30 μm,多数晶粒紧密堆栈成层状微结构。
  • S.MAHDAVI,S.R.ALLAHKARAM
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2017-2027.
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    采用脉冲电沉积技术从硫酸钴基电解液中制备纳米晶钴镀层,研究镀液组成和电沉积条件对电流效率以及镀层形貌、结构和硬度的影响,确定最佳沉积条件。研究发现,增大镀液中硫酸钴浓度和十二烷基硫酸钠(SDS)含量对镀层显微硬度的影响可忽略不计,而对电沉积电流效率的影响显著。在电沉积镀液中加入糖精,可使六方密堆结构(hcp)钴薄膜的晶粒尺寸减小,显微硬度提高,而对电流效率无显著影响。在含有SDS和糖精的镀液中获得的镀层表面更光滑,缺陷更少。结果表明,电流效率和显微硬度均随峰值电流密度和占空比的变化而变化,随着电流密度和占空比的增大,表面光滑的镀层变为针状,晶粒尺寸和择优取向也随之改变。
  • 刘文娟,王宇,戈宏彬,李莉,丁毅,孟令刚,张兴国
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2028-2043.
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    采用压力辅助固态扩散结合技术在430 (Fe-Cr)和304 (Fe-Cr-Ni)不锈钢基体上制备两种Fe-Al基金属间铝化合物层,并与在纯铁上制备的铝化合物层进行比较。采用SEM、EDS和EBSD分析铝化合物层的显微组织和存在的金属间化合物物相。Al和基体发生相互扩散,生成在Fe4Al13基体上弥散分布的Cr2Al13网状结构。采用失重实验、OCP、Tafel曲线和EIS实验研究金属间化合物层在0.5 mol/L盐酸溶液中的腐蚀行为。结果表明,与纯铁上的铝化合物层相比,同时添加Cr和Ni后,304不锈钢上铝化合物层的耐蚀性提高了十几倍,而430不锈钢铝化合物层中裂缝的存在使得腐蚀介质渗透至基体,提高了腐蚀速率。此外,采用XRD分析腐蚀产物。结果表明,Cr和Ni的添加能促进耐蚀相的形成,从而提高不锈钢上金属间铝化合物层的耐蚀性。
  • S. SHAKIB HAMEDAN, M. ABDI, S. SHEIBANI
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2044-2052.
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    通过机械合金化制备Cu-1%Cr和Cu-1%Cr-5%CNT(碳纳米管)(质量分数)纳米复合粉体,用热压法将两种复合粉末压制成型,然后将样品在650 °C下热轧,其压下率为50%。分别通过X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)分析其相组成和显微组织,并检测材料的相对密度、显微硬度、热稳定性、电性能和耐磨性。与Cu-Cr样品相比,热轧后Cu-Cr-CNT 的相对密度从75%提高到几乎全致密的98%。虽然热轧后Cu-Cr和Cu-Cr-CNT样品的电导率和显微硬度均得到提高,但是含有碳纳米管的样品提高的效果更显著。热轧态Cu-Cr-CNT纳米复合材料的显微硬度和电导率分别达到HV 175和68%(IACS)。且与Cu-Cr复合材料相比,热轧对Cu-Cr-CNT纳米复合材料热稳定性的提高更加有效。然而,热轧后,与Cu-Cr-CNT纳米复合材料相比,Cu-Cr样品的摩擦因数和磨损量减少得更多(变化量分别为25%和 62%),这是两种材料的磨损机制不同造成的。
  • 苗惊雷,刘珏,王汇丰,杨海林,阮建明
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2053-2061.
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    通过海绵浸渍法和烧结技术制备得到组织工程用的高孔隙Ta-10%Nb支架材料,该材料的孔隙尺寸为300~600 μm,孔隙率达到(68.0±0.41)%,同时开孔率高达(93.5±2.6)%。研究表明,制备得到的Ta-10%Nb支架材料具有与人体骨组织相似的弹性模量(2.54±0.5) GPa和抗压强度(83.43±2.5) MPa。同时,这种材料具有良好的三维空间结构单元,通过在该材料上进行鼠MC3T3-E1细胞共培养发现,细胞能很好地粘附生长和增殖。该材料所具备的良好生物力学性能和生物相容性能,使其在生物医学组织工程支架材料应用中具有良好的应用前景。这种多孔金属材料拥有良好的孔隙结构单元、适当的孔隙率以及大的表面积,使得该材料与细胞发生良好的作用。
  • Computational Materials Science and Numerical Modelling
  • 才 胜
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2062-2074.
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    研究蒸发金属箔材产生的压力分布;介绍一个解析模型,用于描述矩形板材在动态加载下的力学行为;利用光学测量系统对自由胀形试验的成形件进行分析;介绍两种测量压力分布的方法并对他们进行比较。板材穿孔实验和压力薄膜都是测量压力分布的有效方法;板材穿孔实验的成本更低,而压力薄膜的操作更方便。对单向压力分布、裁剪式的压力分布和双向压力分布进行测量和讨论,这3种压力分布可以应用到不同的金属成形工艺中。
  • 周计明,齐乐华
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2075-2081.
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    基于方程求解的原理提出确定金属基复合材料制备过程中2个关键参数(临界浸渗压力和渗透性)的新方法。设计浸渗速度可控的浸渗实验装置,用于准确测量合金液在多孔预制体中的浸渗行为,并以Pb-Sn合金在Al2O3预制体中的浸渗为例,在2组不同压力下进行浸渗实验测试,获得2组浸渗深度与浸渗时间的关系曲线,通过曲线拟合方式得到2组拟合参数,根据达西定律求解得到未知参数。结果表明,利用方程求解方法获得的临界浸渗压力和渗透性参数与理论报道值非常相近。此外,利用获得的参数预测其他压力作用下Pb-Sn合金在Al2O3预制体中的渗流行为,与实验结果吻合良好,由此验证该方法的可行性。该方法也可用于其他金属基复合材料系统临界浸渗压力与渗透性参数的测定。
  • 金淼,于琳琳,刘鑫刚,郭宝峰
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2082-2093.
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    设计一种非金属材料高温应力-应变曲线测试方法,并对所获得的MnS高温应力-应变曲线数据进行摩擦修正。在此基础上利用有限元分析技术,研究变形参数对MnS夹杂物演变的影响,并设计相应物理实验进行对比分析。结果表明:实验方法获得MnS高温变形数据有较高的可靠性。在基体变形过程中,MnS夹杂物形状由球状逐渐变为椭球体形、直至圆薄片状,且基体不同位置处夹杂物变形后的形貌不同。随着MnS夹杂物初始尺寸的增加,探伤检测不通过风险增大,锻件质量亦随之变差。
  • 易杰,王震虎,刘志文,张见明,何芯
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2094-2101.
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    为了解决复杂空心铝型材在挤压试验中出现的截面内凹缺陷,基于Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE)算法,利用HyperXtrude软件平台建立型材在多孔分流挤压模具挤压过程中的三维稳态有限元模型。定量分析型材挤压出口不同方向的金属流速及焊合室内不同高度的压力分布。为实现出模口型材横截面材料流速的均匀性,采用增加阻流块方法对模具结构进行优化。优化后进行挤压试验,型材底面Y方向的最大位移由1.1 mm减小到0.15 mm,内凹缺陷得到显著改善。研究方法为复杂空心铝型材分流模挤压缺陷的改善和材料流动行为的优化提供理论指导。
  • 张鹏,朱强,陈刚,秦鹤勇,王传杰
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2102-2106.
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    镍基高温合金在承受高温和机械应力时很容易产生低周疲劳损伤,疲劳寿命预测对于镍基高温合金的实际应用是非常重要的。为了研究总应变和晶粒尺寸对镍基高温合金低周疲劳行为的影响,本文作者对一种镍基高温合金进行高温低周疲劳试验。结果表明,合金的疲劳寿命随应变振幅和晶粒尺寸的增加而减小。建立一个考虑晶粒尺寸对疲劳寿命影响的低周疲劳寿命预测模型。误差分析表明,低周疲劳寿命模型的预测精度高于Manson-Coffin和Ostergren能量法模型的预测精度。
  • Mining, Mineral Processing, and Metallurgical Engineering
  • 李卓,饶秋华,李鹏,易威
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2107-2113.
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    采用能量守恒定律,推导出岩石热-水-力(THM)耦合条件下含裂纹试件的裂纹扩展起裂速度的计算公式。利用自行设计的THM 耦合断裂导电胶电法,实时连续地测量出裂纹扩展速度。研究结果表明:起裂速度随着温度和水压的增加而增加。计算结果与试验结果吻合较好,从而验证了所推导的THM 耦合断裂起裂速度计算公式的正确性。
  • Hossein BORDBAR, Hossein ABEDINI, Ali Akbar YOUSEFI
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2114-2124.
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    以CO为还原剂,进行中试规模的TiO2氯化。在CO和Cl2存在的条件下,对半连续流化床反应器中的TiO2氯化过程进行实验分析和模拟。通过测量TiCl4生成量随时间的变化,连续监测氯化过程。系统研究氯化温度、原料粒径和粒度分布、原料量、Cl2和CO流速等操作参数对转化率的影响。逐渐升高氯化温度导致转化率单调上升。随着原料粒度的增大,转化率降低,负载量的增加导致反应转化率下降。提出一个预测反应过程中转化率、粒径分布和气相组分摩尔分数的模型。在不同的操作条件下,模型预测的转化率与实验数据吻合良好。
  • 李义伟,江钧,薛生国,GraemeJ.MILLAR,孔祥峰,李晓飞,李萌,李楚璇
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2125-2134.
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    研究氯化铵处理对赤泥碱性阴离子及钠离子浸出行为的影响。结果表明:在氯化铵添加量为0.75%、液固比为3、温度为30 °C、浸出时间为18 h的条件下,赤泥pH从10.49降至8.93,碱性阴离子( , , OH-, )浓度从38.89降至25.50 mmol/L,可溶性钠浸出率为80.86%;液固比是影响碱性阴离子和钠离子浸出的主要因素。氯化铵促进了赤泥中一水铝石的溶解及团粒结构的形成,有助于实现赤泥的土壤化。
  • H.S.REYNOLDS,R.RAM,M.I.POWNCEBY,Y.YANG,M.CHEN,J.TARDIO,L.JONES,S.K.BHARGAVA
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2135-2142.
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    水热合成并表征水硅铀矿,在此基础上对水硅铀矿在硫酸体系中的浸出过程进行研究,并将结果与其他相关的合成U4+矿物如氧化铀(UO2)和钛铀矿(UTi2O6)在类似条件下的浸出速率和浸出率进行比较。浸出时间对铀溶出影响的研究表明,水硅铀矿在36~48 h被完全浸出,该反应的活化能为38.4 kJ/mol。与水硅铀矿相比,氧化铀矿的溶出速率明显较快,可以在3 h内达到完全溶出(Ea=42~84 kJ/mol)。比较而言,合成钛铀矿的浸出速率较水硅铀矿的明显更低,其144 h铀的最大浸出率只有18%。上述3种矿物溶出速率和提取率的显著区别与文献报道相符合,即矿物的可溶出性为氧化铀>水硅铀矿>钛铀矿。在天然水硅铀矿中,由于杂质的存在,其可溶出性可能会被进一步抑制。
  • LeventKARTAL,ServetTIMUR
    中国有色金属学报(英文版). 2018, 28(10): 2143-2150.
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    介绍一种金属/合金的生产方法,用于恒电流和恒电位条件下由混合硫化物(Cu2S, NiS)生产Cu-Ni合金,称为直接电化学还原(DER)。研究槽电压和槽电流等工艺参数对还原得到的化合物组成的影响,以生产工业所需的CuNi10, CuNi20和CuNi30等合金。在1200 °C下采用循环伏安法(CV)考察Cu2S和NiS在CaCl2熔体中的电化学行为。根据CV研究结果,Cu2S的阴极还原是一步完成的,即Cu2STCu;NiS的阴极还原则分两步进行,即NiSTNi3S2TNi。恒电流研究表明,在10 A电流下电解15 min,可制备出最高硫含量为320×10-6的高纯CuNi10合金。扫描电子显微镜以及能量色散X射线能谱和光学发射光谱(OES)测试结果表明,在2.5 V电压下直接电化学还原15 min,可制备出杂质含量低(即硫含量小于60×10-6)的所选成分的Cu-Ni合金。