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2020年, 第30卷, 第8期 刊出日期:2020-08-25
  

  • 全选
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    Materials Science and Engineering
  • 王沛,JürgenECKERT,Konda-gokuldossPRASHANTH,吴明伟,IvanKABAN,席丽霞,8,SergioSCUDINO
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2001-2034.
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    选区激光熔化(SLM)是一种新兴逐层增材制造技术,能够生成具有三维复杂结构的高性能构件。颗粒增强铝基复合材料(PAMCs)由于结合铝基体和增强相的优异特性在很多领域被认为是一种重要材料。基于SLM和PAMCs的综合优势,新型SLM PAMCs在近年来被陆续开发和研究。因而,本文总结当前有关SLM PAMCs的研究进展。首先,着重分析SLM PAMCs的凝固行为。其次,对高性能SLM PAMCs设计和制造中涉及的重要问题进行全面的讨论,其中包括增强相的选择、工艺参数对成形和微观结构的影响以及缺陷演变和相调控。第三,对SLM PAMCs的性能和增强机制进行系统讨论。最后,对高性能SLM PAMCs未来发展方向提出建设性的观点。
  • 张丽丽,江鸿翔,何杰,赵九洲,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2035-2044.
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    实验研究铝合金熔体中TiB2粒子动力学行为及其对铝合金晶粒细化效果的影响,建立描述自TiB2粒子加入合金熔体至合金熔体凝固过程中TiB2粒子的动力学模型。结果表明,TiB2粒子在Al熔体中不稳定,在保温阶段发生溶解和熟化行为,并在熔体冷却阶段长大;TiB2粒子的动力学行为影响其数量密度和铝合金晶粒细化效果;溶质Ti对TiB2粒子的溶解、熟化及快速长大行为具有抑制作用。
  • 王光东,田妮,曹敬祎,周轶然,赵刚,左良,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2045-2055.
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    采用激光扫描共焦显微技术(LSCM)、DSC、TEM和拉伸试验系统研究Si含量对T4态Al-(1.44-12.40)Si- 0.7Mg(质量分数,%)合金板材显微组织和屈服强度的影响。结果表明:随着Si含量的增加,合金板材的再结晶晶粒细化。当Si含量从1.44%增加到12.4%时,合金板材的晶粒尺寸从约47 μm减小到10 μm。此外,随着Si含量的增加,基体中GP区的体积分数略有增加。在已有模型的基础上,提出预测合金板材屈服强度模型。模型结果与实际实验结果吻合较好,并揭示T4态Al-(1.44-12.40)Si-0.7Mg合金板材的强化机理及Si含量的变化对各种强化机制的影响。
  • 刘竝,周晓融,张欣欣,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2056-2066.
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    采用扫描及透射电子显微技术表征机加工AA7150铝合金近表面变形层的显微组织,并结合动电位极化曲线及丝状腐蚀测试研究机加工后AA7150铝合金的丝状腐蚀行为。研究发现,机加工后AA7150铝合金近表面区域出现晶粒细化、合金元素重新分布以及晶界偏析等特征。机加工过程中强烈的塑性变形导致近表面区域显微组织的改变,从而极大地提高合金近表面变形层的腐蚀倾向。机加工使合金表面粗糙度增大,并导致形成电化学活性明显提高的近表面变形层。在二者共同影响下,机加工后AA7150铝合金的抗丝状腐蚀性能明显下降。
  • MosaadSADAWY,SaadSAAD,RandaABDEL-KARIM
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2067-2078.
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    研究不同锌镁质量比的Al-Zn-Mg合金作为牺牲阳极在3.5wt.%NaCl溶液中用于碳钢阴极保护的性能。用纯Al、Zn和Mg金属通过铸造法制备Al-Zn-Mg阳极。采用光学显微镜、扫描电镜-能谱、X射线衍射和电化学等技术对样品进行表征和测试。结果表明,随着锌镁质量比的降低,α(Al)的晶粒尺寸和析出物的粒径减小,析出物的体积分数增大。当锌镁质量比大于4.0时,Al-Zn-Mg阳极具有最低的腐蚀速率;当锌镁质量比小于0.62时, Al-Zn-Mg阳极具有最高的腐蚀速率且对碳钢(AISI 1018)具有最好的阴极保护效果。与其他阳极相比,锌镁质量比为0.62的Al-Zn-Mg阳极具有多孔腐蚀产物。
  • 陈晓阳,张 扬,丛孟启,卢雅琳,李小平
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2079-2089.
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    采用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜和拉伸测试研究Sn含量对铸态和挤压态Mg-8Li-3Al-(1,2,3)Sn (质量分数,%) 合金显微组织和拉伸性能的影响。研究发现,铸态Mg-8Li-3Al-(1,2,3)Sn合金由α-Mg+β-Li双相基体、MgLiAl2相和Li2MgSn相组成。Sn含量的增加引起α-Mg枝晶细化和Li2MgSn相含量增加。热挤压过程中,β-Li相发生完全动态再结晶,而α-Mg相发生不完全动态再结晶。随Sn含量增加,α-Mg相再结晶体积分数增加而再结晶晶粒平均尺寸减小。Sn含量的增加能够提高铸态Mg-8Li-3Al-(1,2,3)Sn合金的强度,但对塑性不利。热挤压使Mg-8Li-3Al-(1,2,3)Sn合金的拉伸性能明显提高,Mg-8Li-3Al-2Sn合金表现出最高的拉伸性能。
  • 戴祥,蒋福林,刘锦,吴落义,傅定发,滕杰,张辉
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2090-2106.
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    为了探讨引起应变各向异性的本质原因,系统分析采用不同弹性模型计算的立方金属材料(铜、5383铝合金、面心立方奥氏体钢和体心立方铁素体钢)的各向异性程度。模型和实验结果均显示弹性模量的倒数(1/Ehkl)与取向参数 (Γ)之间的关系曲线具有稳定的交叉点,并进一步验证基于准弹塑性模型的线形宽化分析方法在冷变形样品中修正应变各向异性的有效性。与此同时,通过对基于位错模型的线形分析方法中最重要的平均衍射对比因子参数(Chkl)分析发现,其数值与弹性常数密切相关,并观察到Chkl与Γ曲线存在有趣的交叉点。因此,在传统衍射线形分析过程中,其输入的Ch00值因给定弹性常数的不同而呈现较大波动,进而影响最终分析结果。相应地,本文提出一种改良的线形分析方法,即采用优化的稳定交叉点作为初始输入值,获得更可靠性的分析结果。
  • 李鑫旭,贾崇林,张勇,吕少敏,姜周华
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2107-2118.
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    基于XRD、SEM和EDS分析,确定GH4151合金的组成相。采用差示扫描量热法(DSC)和金相法测定合金的初始熔化温度。结果表明,合金的初熔温度在1150~1160 °C之间。随后, 研究Laves相的溶解过程,得到不同温度条件下的溶解动力学方程。基于实验,预测GH4151合金中Laves相溶解分数模型的可靠性得到验证。扩散系数的研究结果表明Nb元素的扩散是GH4151合金均匀化的关键因素。
  • C.AGUILAR,E.PIO,A.MEDINA,C.PARRA,R.MANGALARAJA,P.MARTIN,I.ALFONSO,K.TELLO
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2119-2131.
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    研究Sn含量对 Ti-13Ta-xSn (x=3, 6, 9, 12, 摩尔分数,%)合金中fcc 相形成的影响。合金采用机械合金化方法制备,所用设备为行星式球磨机。通过Rietveld分析发现,fcc 相的晶粒尺寸小于10 nm,微应变大于10-3,这两个条件是钛基合金中形成fcc相所必需的。对于所有的样品,fcc相的显微组织中均含有小于10 nm的等轴晶。当Sn含量为6%时,钛合金中fcc相的含量最大,因为该合金具有最大的微应变(1.5×10-2) 和晶粒尺寸(6.5 nm)。实验数据表明,球磨过程中形成固溶体和非晶相。用扩展Miedema模型对促进固溶体和非晶相形成的必要条件进行热力学计算。结果表明,当Sn含量从3%增加到12%时,形成非晶相所需的能量从大约10 kJ/mol变为-5 kJ/mol左右。热力学计算结果与XRD分析和HRTEM结果一致。
  • 杨鑫,王婉琳,马文君,王岩,杨君刚,刘世锋,汤慧萍
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2132-2142.
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    为了分析微弧氧化电压对Ti6Al4V(TC4)合金腐蚀和磨损性能的影响,分别在400、420和450 V对电子束选区熔化(SEBM)制备的TC4样品进行微弧氧化表面处理。结果表明,随着氧化时间和温度的增加,亚稳态锐钛矿型TiO2逐渐转变为金红石型TiO2。MAO膜表面形貌主要是尺寸分布均匀的大量微孔,仅在450 V电压下出现裂纹和 >10 μm的孔隙;MAO膜厚度与施加电压呈正相关。MAO膜的耐腐蚀性能和磨损性能与其相成 分、表面微孔尺寸分布及膜厚有关;当MAO电压为420 V时,腐蚀电流密度最小(0.960×10-7 A/cm2),阻抗最大(7.17×105 Ω·cm2), 耐腐蚀性能最好;相同载荷条件下,涂层的摩擦因数及磨损量均大于基体的;随着MAO 施加电压的增加,MAO膜的磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损,且450 V电压时粘着磨损加剧,摩擦因数也最大,为0.821。
  • 李力,赵巍,冯志雪,孙佳,李小强
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2143-2155.
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    采用Ti-Zr-Cu-Ni-Fe-Co-Mo作为钎料,在钎焊温度1090~1170 °C、钎焊时间0~20 min的工艺参数下,实现γ-TiAl和GH536合金的钎焊连接,利用SEM、EDS、XRD和万能试验机研究钎焊温度和钎焊时间对钎焊接头显微组织和剪切强度的影响。结果表明:不同工艺参数下获得的γ-TiAl/GH536钎焊接头均包括4个界面反应层。随着钎焊温度的升高和钎焊时间的延长,钎缝宽度和钎焊接头的平均抗剪强度均是先增大后减小。钎焊温度1150 °C、钎焊时间10 min时获得的钎焊接头的剪切强度最大,达262 MPa。Al3NiTi2和TiNi3脆性金属间化合物是产生裂纹和降低接头强度的主控因素,Al3NiTi2脆性金属间化合物几乎占据整个呈典型解理断裂特征的剪切断口表面。
  • Rajveer SINGH, Sachin SINGH, P. K. C. KANIGALPULA, J. S. SAINI
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2156-2169.
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    为了在焊接析出硬化铜铬锆(PH-CuCrZr)合金时保持结构的一致性,采用电子束焊接(EBW)工艺。对PH-CuCrZr合金零件的EBW过程进行实验研究和数值模拟,建立三维有限元模型,以预测输出响应(焊道熔透和焊道宽度)与EBW输入参数(电子束电流、加速电压和焊接速度)之间的函数关系。采用一种具有高斯热分布的圆形、园锥形复合热源模拟EBW过程的深熔焊特性。在Ansys软件中开发用户自定义函数,进行数值模拟。将数值模拟结果与实验结果进行比较,两者吻合较好。所建模型可用于EBW过程中广泛涉及复杂几何形状问题的参数研究。输入电流是对焊道熔透和焊道宽度影响最大的输入参数,其贡献率分别为44.56%和81.13%。
  • 王德志,姬耀鑫,吴壮志,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2170-2176.
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    为了研究变形织构对力学性能的影响,对纯钼板进行不同工艺的交叉轧制,然后表征所得钼板的织构、力学性能和显微组织。结果表明:交叉轧制有利于钼板形成旋转立方织构,即{001}á110?织构,其取向密度随着轧制总变形量和当前道次变形量的增大而增大;当轧制总变形量达到96%或更高时,钼板会形成以{001}á110?织构为主导的晶粒取向,而纤维织构变弱,同时立方织构{001}á100?完全消失。{001}á110?织构的存在有利于交叉轧制钼板轧制方向和垂直轧制方向的强度提高和塑性降低。
  • 孙阳,王艳,李云,周科朝,张雷
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2177-2187.
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    采用粉末冶金技术分别制备球形石墨(SG)和鳞片石墨(FG)增强的银-石墨复合材料。并用销-盘式摩擦磨损仪在大气环境和3.0 N的载荷下研究石墨形貌对银-石墨复合材料(Ag-SG和Ag-FG)摩擦学行为的影响。结 果显示,Ag-FG的最低磨损率为3.5×10-5 mm3/(N·m),而Ag-SG的最低磨损率比Ag-FG低一个数量级,为1.6×10-6 mm3/(N·m)。Ag-SG和Ag-FG显著不同的摩擦学行为与亚表面裂纹的形成有关。在摩擦过程中,片状石墨的边缘容易发生应力集中,导致Ag-FG亚表面产生裂纹和严重的剥层磨损。然而,在Ag-SG中,球形石墨能有效抑制裂纹的萌生和扩展,从而使银-石墨复合材料具有优异的耐磨性能。
  • 湛菁,徐昌藩,龙怡宇,李启厚
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2188-2199.
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    为抑制高能锂离子电池负极材料Bi2Mn4O10容量的快速衰减,通过简单球磨法制备新型高纯Bi2Mn4O10/ECP-N(ECP-N为氮掺杂科琴黑)负极复合材料。所合成的Bi2Mn4O10/ECP-N复合材料在 0.2C倍率下 循环100次后可保持576.2 mA·h/g的比容量,容量保持率为75%,而纯Bi2Mn4O10的容量保持率仅为27%。3C倍率下Bi2Mn4O10/ECP-N复合材料的放电容量仍保持在236.1 mA·h/g。引入氮掺杂的科琴黑ECP-N不仅可以有效地提高比表面积以缓冲体积膨胀,增强材料的电导率和可湿性,而且还可以促进离子传输和可逆转化反应。
  • 秦牡兰,刘万民,向垣锦,王伟刚,申 斌
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2200-2206.
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    采用 VO2(B)纳米阵列作为前驱体,通过水热法制备 V2O5/NaV6O15 纳米复合材料。通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,纳米复合材料由一维纳米带组成,较好地保留了前驱体的形貌;水热反应时间对材料的相组成和电化学性能有显著的影响。V2O5/NaV6O15纳米复合材料比纯V2O5显示出更好的电化学性能,这归因于V2O5/NaV6O15纳米复合材料中具有高容量的V2O5和高循环稳定性的NaV6O15之间的协同效应,以及纳米复合材料中引入的大量相界面为钠离子嵌入提供了额外的位点并促进电子和离子的传输。
  • RohitashKUMAR,AftabAslamParwazKHAN,AnishKHAN,AbdullahMASIRI,YusraHAMID
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2207-2216.
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    采用化学还原法制备纳米铜颗粒,然后将其嵌入聚氯乙烯(PVC)基体中得到PVC/Cu膜,作为电极材料以提高甲醇燃料氧化的电流响应。用热重分析(TGA)表征 PVC/Cu电极的热稳定性,用X射线衍射(XRD)检测电极中的铜纳米颗粒,用傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定PVC与铜之间的相互反应,用扫描电镜(SEM)和能谱 (EDAX)分析该电极的显微形貌,并用循环伏安法、线性扫描伏安法和计时电流法表征该电极的电催化活性。结果表明,随着铜含量从0.18 g(PVC/Cu-0.18 g)增加到0.24 g(PVC/Cu-0.24 g),电极的活性增加,且在铜含量为0.24 g时达到最大值。电极在0.5 mol/L CH3OH + 1 mol/L NaOH溶液中达到最大催化电流。FTIR结果显示,电极中含有水分子、C—H 基团、铜颗粒和铜的氧化物。SEM和EDAX结果表明,铜颗粒在聚氯乙烯基体中嵌入良好。
  • Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
  • 王 品,尹土兵,胡毕伟
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2217-2238.
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    为了研究不同加载速率下具有水热耦合损伤岩石的拉伸强度和破坏机理,在干燥和饱水条件下,对热处理砂岩进行一系列静态和动态劈裂试验。实验结果表明,高温有效地削弱砂岩试件的抗拉强度,P波速度随温度的升高而降低。总体而言,岩石热损伤随温度的升高而逐渐增大,但在100 °C时出现明显的负损伤。饱水砂岩试样的间接抗拉强度低于干燥砂岩的,说明水-岩相互作用导致热处理岩石产生二次损伤。砂岩在干燥和饱水条件下的动态拉伸强度均随应变率的增大而增大。饱水砂岩比干燥砂岩表现出较强的加载率依赖性,但岩石的加载速率敏感性随热处理温度的升高而降低。利用扫描电子显微镜技术,对极端温度引起的岩石热破裂进行分析,进一步探讨热处理后砂岩在不同加载速率条件下的水物理机制。
  • Ewa RUDNIK
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2239-2255.
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    研究热浸镀锌厂的锌灰,使之可以作为二次锌资源返回镀锌槽。这种废料中含有63%的锌,锌以金属、氧化物和羟基氯化物相存在。在各种浸出槽负荷(100~300 g/L)下于H2SO4溶液(20%,25%)中浸出锌灰,研究锌、锰、铁和氯离子的浸出行为。考察几种从浸出液中除铁的方法。添加絮凝剂对后续的铁沉淀物过滤有害,因为会导致溶液黏度增大;氧化锌与为了提高pH值而加入的碳酸钙结合,形成高密度的悬浊液,无法从硫酸锌溶液中分离出来。在不同的pH值(-0.5~2.8)下进行锌电积,电流密度范围为3~10 A/dm2。从锌灰中回收纯金属的最佳条件如下:用20%的硫酸浸出,浸出槽负荷100~150 g/L,用H2O2和CaCO3沉淀出Fe2O3·xH2O,在pH 0.1~1.0、电流密度3~6 A/dm2的条件下进行电积锌。还讨论电解液中pH与游离H2SO4浓度之间的关系。锌电解液的pH-酸浓度曲线介于纯H2SO4溶液的实验曲线与计算曲线之间;如果溶液中存在铁离子,则曲线向低pH方向移动。
  • 杨 健,蒋良兴,刘芳洋,贾 明,赖延清
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2256-2264.
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    采用硫酸肼作为锂、镍、钴和锰从废锂离子电池中浸出时的还原剂,结合条件实验对浸出机理和浸出动力学进行研究。在最优条件:硫酸2.0 mol/L、硫酸肼30 g/L、固液比50 g/L、温度80 °C和浸出时间60 min下,97%的Li、96%的Ni、95%的Co以及86%的Mn被浸出。通过浸出动力学分析得出Li、Ni以及Co的浸出活化能分别为44.32、59.37和55.62 kJ/mol,表明浸出过程受化学反应控制。XRD和SEM-EDS分析结果表明,浸出渣的主要组成为MnO2。上述研究结果表明,硫酸肼可作为废锂离子电池中有价金属浸出的有效还原剂。
  • Rafael PADILLA, Juan Yamid CARVALLO, María Cristina RUIZ
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2265-2273.
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    采用热重法研究石灰存在条件下铁闪锌矿的直接碳热还原,以确定生产Zn(g)而没有SO2(g)污染的技术可行性。部分反应的样品X射线衍射分析表明,还原反应是通过形成ZnCaOS和Ca2Fe2O5中间产物进行的,最终产物为Zn(g)、固体Fe和CaS。温度对还原速率存在重要影响。在1100 °C下,对于300 mg (Zn,Fe)S:CaO:C比为1:1:1的样品,10 min左右可实现铁闪锌矿的完全转化。用ln(1-X)=-kt模型分析总还原反应的动力学,发现在1000~1150 °C、转化率不超过0.95时,该模型很好地描述试验数据,在此温度范围内确定的活化能为257 kJ/mol。研究结果证实该方法生产Zn(g)而不产生有害的SO2(g)排放的技术可行性。
  • 陈玉洁,王云燕,彭宁,梁彦杰,彭兵,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2274-2282.
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    在600~800 °C温度范围通过等温还原焙烧方法研究锌焙砂的CO还原动力学。用热重法(TG)测定锌焙砂的反应程度,并根据可溶锌和亚铁含量的变化分析锌焙砂中铁酸锌的分解机理。结果表明,锌焙砂中铁酸锌的还原反应受产物的形核过程控制,表观活化能为65.28 kJ/mol。与CO强度(定义为PCO/(PCO+PCO2))相比,CO的分压对反应速率的影响更大。在铁酸锌还原产物中,氧化锌的生成速率高于氧化亚铁的,表明氧化亚铁的形核过程为反应控制步骤。
  • 刘爱民,郭梦霞,吕梓阳,张保国,刘风国,陶文举,杨酉坚,胡宪伟,王兆文,刘玉宝,石忠宁
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(8): 2283-2292.
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    以钨丝为工作电极,通过循环伏安法研究碳酸乙烯酯-氯化铝(EC-AlCl3)溶剂化离子液体中Ta(V)的电化学还原机理。在EC-AlCl3-TaCl5离子液体的循环伏安曲线中出现4个还原峰,其中-0.55、-0.72和-1.12 V(vs Al)处还原峰对应的反应为Ta(V)络合离子三步还原为金属钽,包括Ta(IV)和Ta(III)络合离子的形成。络合离子 Ta(III)被还原为金属钽的过程受扩散控制且不可逆,其在323 K下的扩散系数为3.7×10-7 cm2/s,扩散活化能为 77 kJ/mol。另外,对323 K下的阴极产物进行扫描电子显微镜、能量分散光谱和X射线光电子能谱分析。结果表明,在-0.8 V下恒电位电沉积2 h的产物为金属钽和钽的氧化物。