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2020年, 第30卷, 第9期 刊出日期:2020-09-25
  

  • 全选
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    Materials Science and Engineering
  • 贺一轩,李金山,王军,EricBEAUGNON
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2293-2310.
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    液态合金结构和性质的研究一直是凝聚态物理和金属材料科学领域的重要研究方向之一。液态合金并非理想的均质液体,在温度和压力等作用下会发生不连续转变。液-液结构转变广泛存在于金属和合金中,并且对最终凝固组织和性能有着很大的影响。系统阐释金属熔体中液-液结构转变现象,总结液-液结构转变对最终凝固组织和宏观性能的影响等方面的主要研究进展。结果表明,利用熔体液-液结构转变可以有效调控金属及合金的组织,改善其宏观性能。
  • 韩加强,王俊升,张明山,牛康民
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2311-2325.
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    对三元Al-Cu-Mg合金凝固过程中共晶尤其是低熔点共晶含量与热裂敏感性之间的关系进行系统研究。通过控制Al-Cu-Mg合金中主合金元素Cu、Mg的含量,使合金凝固末期的低熔点共晶体含量不同并对相应的热裂敏感性进行评价。结果表明:凝固末期具有最少量低熔点共晶体的Al-4.6Cu-0.4Mg(质量分数,%)对热裂最为敏感。在残余液体的总量基本相等的条件下,不同合金成分抗热裂性能与低熔点共晶含量密切相关,合金热裂抗性与低熔点共晶体含量密切相关,即:低熔点共晶含量越高,合金的热裂抗性越好。最后,从凝固过程中的补缩、渗透率以及整体黏度方面讨论低熔点共晶显示出良好热裂抗性的潜在机理。
  • 刘天文,王渠东,汤华平,李仲洋,雷 川,Mahmoud EBRAHIMI,蒋海燕,丁文江
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2326-2338.
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    研究Al-5.0Mg-3.0Zn-1.0Cu合金挤压铸造态、固溶态和时效态显微组织及力学性能随截面深度的变化规律。对于挤压铸造态合金,从表层到心部,α(Al)的晶粒尺寸和T-Mg32(AlZnCu)49相的宽度显著增加,而T-Mg32(AlZnCu)49相的体积分数显著下降,这些变化导致挤压铸造态合金抗拉强度从243.7 MPa降低到217.9 MPa,伸长率从2.3%降低到1.4%。在470 °C下固溶处理36 h后,大部分第二相溶解于α(Al)基体中,并且表面和心部的晶粒尺寸均较挤压铸造态的增大,从表层到心部,合金的伸长率从18.6%降低到13.9%,抗拉强度从387.8 MPa降低到348.9 MPa。在120 °C下进一步时效24 h后,在基体中析出G.P. II区和η''''相,合金表层和心部的抗拉强度分别增加到449.5 MPa和421.4 MPa,而伸长率则降至12.5%和8.1%。
  • MeysamTOOZANDEHJANI,FarhadOSTOVAN,KhairurRijalJAMALUDIN,AstutyAMRIN,KhamirulAminMATORI,EhsanSHAFIEI
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2339-2354.
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    采用粉末冶金和微波烧结工艺制备Al-2CNTs-xAl2O3纳米复合材料。研究工艺引起的显微组织特征与材料的物理、力学性能以及超声参数之间的相互关系。研究发现,复合材料的致密化和尺寸变化等物理性能与纳米复合粉体的形貌和粒径密切相关。当Al2O3含量为10%(质量分数)、球磨时间大于8 h、颗粒被大量细化时,材料的密度最大。Al2O3含量、纳米强化相的分布和晶粒尺寸对材料的力学性能有显著影响,当Al2O3含量为10%(质量分数)、Al2O3纳米颗粒球磨时间为12 h、碳纳米管均匀分布时,可形成高密度位错和大量晶粒细化,从而获得最佳的硬度和强度。同时,纵波和横波速度及衰减随着Al2O3含量和球磨时间的增加而线性增加。超声速度和衰减的变化取决于碳纳米管和Al2O3在基体中分布的均匀程度及其较小的颗粒间距。经过较长的球磨时间,Al2O3含量越高,碳纳米管和Al2O3分布越均匀,超声波的速度和衰减越大。
  • 秦庆东,赵宏龙,李娟,张英哲,苏向东
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2355-2368.
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    通过TEM和EBSD研究搅拌摩擦加工Al-Mg2Si合金的显微组织和力学性能变化。结果显示:随着搅拌针转速的增加(300~700 r/min),缺陷面积逐渐减小(由10.5 mm2减小到0);当转速进一步增加(700~1200 r/min),缺陷面积变化又呈相反的趋势(从0增加到1.5 mm2)。在转速的增加过程中,缺陷的类型从隧道缺陷转变为熔合缺陷。在焊核区,粗大的Mg2Si枝晶被破碎成细颗粒(<10 μm)。小角度晶界的百分比由57.7%增加到83.6%,这是由形变组织迅速增加(从1.7%到13.6%)引起的。焊核区的极限抗拉强度(UTS)和伸长率均明显提高,硬度值按如下顺序增加:R300<R1200<R500<R900<R700,UTS和伸长率按如下顺序增加:BM(母材)<R300<R1200<R500< R900<R700;焊核区的UTS和伸长率最大值分别增加1倍和3倍。
  • 刘小超,甄云乾,孙玉峰,申志康,陈海燕,郭伟,李文亚,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2369-2380.
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    以铝合金AA1050为例,研究在塑性变形过程中具有多重滑移系的面心立方金属搅拌摩擦焊搅拌区的力学性能局部不均匀性。采用标距为1 mm的小试样单轴拉伸测试评估力学性能的局部不均匀性;通过电子背散射衍射技术对搅拌区内局部的晶粒尺寸、取向差角分布和微织构等结构参数进行量化;利用综合分析模型揭示显微组织和力学性能的关系。实验结果表明,局部的单轴拉伸性能沿着焊缝宽度方向发生显著变化。抗拉强度的最大值出现在搅拌区中心,达到99.0 MPa;最小值位于搅拌区的两侧。抗拉强度之间的最大差值达14.9 MPa,为抗拉强度最大值的15%。基于结构-力学性能关系的分析可知,材料旋转流动过程中形成的随位置变化的微织构是导致局部力学性能不均匀性的主要因素。
  • MojtabaDEHGHAN,FathallahQODS,MahdiGERDOOEI,HamidrezaMOHAMMADIAN-SEMNANI
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2381-2393.
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    采用累积叠轧焊(ARB)工艺加工1050 铝合金带材,分别在室温(冷ARB)和200 °C(热ARB)两种条件下进行。拉伸测试和显微硬度测试结果表明,与冷ARB工艺相比,由于热ARB工艺中的中间热处理和高温轧制过程的作用,热ARB工艺加工的合金具有较低的抗拉强度和显微硬度,显微硬度分布更均匀,且具有较高的伸长率,特别是更优异的拉伸性能平面各向同性。此外,随着两种加工过程循环次数的增加,合金的平面各向同性逐渐减小。
  • 聂凯波,朱智浩,PaulMUNROE,邓坤坤,郭亚超
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2394-2412.
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    采用多向锻造(MDF)和挤压(EX)相结合工艺对TiC纳米颗粒增强Mg-4Zn-0.5Ca基纳米复合材料进行变形。与仅单一MDF相比,经MDF+EX变形后纳米复合材料的晶粒尺寸显著减小。当MDF温度为270 °C时,随MDF道次的增加,经EX变形后再结晶(DRX)晶粒的平均尺寸逐渐增大;而当MDF温度为310 °C时,经EX变形后DRX晶粒的平均尺寸显著减小。经MDF+EX多步变形后纳米复合材料中同时出现细小和粗大的MgZn2相,这些MgZn2相的体积分数随EX前MDF道次的增加而逐渐增大。对温度为310 °C经3道次MDF后的纳米复合材料进行EX,其屈服强度、极限抗拉强度和伸长率分别达到 ~404 MPa,~450.3 MPa和 ~5.2%。这主要与MDF+ EX多步变形后晶粒细化强化及MgZn2析出相引起的Orowan强化有关。
  • 李传强,童之沛,何溢斌,黄怀沛,董 勇,张 鹏
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2413-2423.
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    采用析氢实验、失重实验、电化学实验、原位电化学拉曼光谱实验以及显微组织观察(光学与扫描电子显微镜)等实验方法,对比研究密排六方结构(HCP)的纯镁和体心立方结构(BCC)的二元Mg-14Li合金(质量分数,%)在0.1 mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为与表面膜结构。实验结果表明:纯镁的耐蚀性优于Mg-14Li合金的,并且两种材料表面膜的保护功能均随着浸泡时间(16 h内)的延长而提高。通过扫描电子显微形貌分析,发现不同于纯镁表面形成的较薄且呈片状的Mg(OH)2膜层,Mg-14Li合金表面形成较厚且呈交织针状含有Li2CO3的膜层;然而,两种材料的表面膜均在高的阳极过电位下发生破损。因此,两种材料的不同腐蚀抗性可归功于在其表面形成不同的保护膜。
  • 陈佳玲,方亮,吴芳,曾宪光,胡佳,张淑芳,蒋斌,罗海军
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2424-2434.
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    使用一步简单水热法分别制备天冬氨酸(ASP)插层的ZnAl层状双氢氧化物(ZnAl-LDH)和MgAl-LDH涂层。对所制备的两种涂层的形貌、成分、结构和耐蚀性进行比较研究。结果表明,均匀且致密的层状纳米片(NS)在基底上垂直生长,并且MgAl-ASP-LDH涂层表现出高孔隙覆盖率的三维(3D)玫瑰型片状结构。浸泡测试中,MgAl-ASP-LDH涂层展示出比ZnAl-ASP-LDH涂层更优异的耐久性和耐腐蚀性。ZnAl-ASP-LDH和MgAl- ASP-LDH涂层的腐蚀电流密度比Mg合金基底的低2~3个数量级,这表明插入有机ASP阴离子的ZnAl/MgAl-LDH膜可以显著提高镁合金的耐腐蚀性。
  • 权国政,张普,马遥遥,张钰清,鹿超龙,王卫永
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2435-2448.
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    为了深入理解Ni80A的晶粒长大行为,在不同温度(1223~1423 K)和不同保温时间(0~3600 s)下进行一系列的晶粒长大实验。基于实验数据,建立BP 神经网络并求解Sellars模型。使用4个统计指标比较和评价这两个模型的预测与泛化能力。结果表明,所建立的BP神经网络具有更高的r值、更低的AARE值、更低的绝对μ值和ω值。最后,基于求解的BP神经网络扩展的数据建立平均晶粒尺寸对保温温度和保温时间的响应面,并描述晶粒的长大行为。
  • 刘咏,汤菡纯,黄千里,赵大鹏,何俊阳,曹远奎,宋旼,刘彬,欧阳思慧
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2449-2458.
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    通过粉末冶金和热加工方法制备氧含量为0.42%~0.54%(质量分数)的Ti-Zr合金。结果表明:Ti-Zr合金由具有相同α相结构的富Zr区和贫Zr区组成,富Zr区域的氧含量较高,且晶粒尺寸较小。Ti-Zr合金同时具有高强度(σs=700~900 MPa)和高的总伸长率(>20%),而氧的固溶强化是主要的强化机制。Zr由于与Ti具有高度结构相似性,对氧诱发Ti合金脆化的影响不大。因此,0.54%(质量分数)的高含量值仍处于韧性到脆性转变的临界氧含量范围内,不明显降低材料的延展性。
  • 陈葵外,潘素平,刘会群,江勇,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2459-2471.
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    采用疲劳裂纹扩展测试、金相显微镜分析和扫描电子显微镜分析方法研究不同α相形貌对Ti-5Al- 5Mo-5V-1Cr-1Fe合金的疲劳裂纹扩展敏感性及断裂特征的影响。通过热处理制备的显微组织包括细小和粗大的次生α相组织、魏氏组织和网篮组织。具有粗大次生α相的组织具有最好的综合性能,包括良好的裂纹扩展抗性(Paris区为15~60 MPa·m1/2)、高的屈服强度(1113 MPa)和抗拉强度(1150 MPa),以及良好的伸长率(11.6%)。良好的裂纹扩展抗性归因于粗大次生α相引起的裂纹偏折、长二次裂纹和曲折的裂纹路径。
  • 张鹏超,史杰夫,于赢水,孙俊才,李廷举
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2472-2479.
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    分别采用低温轧制和常温轧制技术制备高强高导Cu-0.5Cr(质量分数,%)合金。研究Cu-0.5Cr合金经低温轧制/常温轧制和时效处理后的显微组织、力学性能和导电性能。研究结果表明,在低温轧制合金中可见明显的位错缠结。经低温轧制和时效处理后,合金中Cr颗粒尺寸更加细小,呈弥散分布。低温轧制合金的最大硬度为HV 167.4,显著高于常温轧制合金的。低温轧制合金在450 °C经120 min时效处理后达到最佳力学性能。低温轧制Cu-0.5Cr合金在450 °C经120 min时效处理后电导率达到92.5% IACS,略高于常温轧制合金的。
  • 邱天旭,潘诗琰,范沧,朱绪飞,申小平
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2480-2490.
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    采用粉末冶金方法制备(Cu-10Sn)-Ni-MoS2复合材料,研究镍包二硫化钼对复合材料显微组织、力学性能和摩擦学性能的影响。通过单独添加Ni和MoS2的对比实验,分析Ni和MoS2对复合材料性能影响的机理。结果表明,二硫化钼颗粒周围包裹的一层镍能有效减小二硫化钼和铜基体的反应速率,显著改善基体的结合情况。当镍包二硫化钼的质量分数为12%时(C12),复合材料表现出优异的力学性能和摩擦学性能。C12复合材料在载荷为8 MPa、线速度为0.25 m/s及油润滑条件下的平均摩擦因数为0.0075;载荷为4 MPa、线速度为0.25 m/s及对偶材料40Cr干摩擦条件下的平均摩擦因数为0.1769。
  • 黄海锋,刘志坚,梁超平,陈立宝
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2491-2501.
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    通过不同时效条件下的拉伸试验,研究锂硼合金的时效软化现象。结果表明,随着时效时间的延长,轧制锂硼合金的抗拉强度明显下降;高温可加速此软化过程,使锂硼合金提前进入稳定状态。在此基础上,提出时效软化模型,揭示空位湮灭是时效软化的控制因素。利用该模型得到合金强度-温度的关系,并制定一个标准热处理方法,即在150 °C退火1 h,可快速消除锂硼合金的时效软化现象。
  • 陈浩禹,张亦文,吴忠,秦真波,吴珊珊,胡文彬,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2502-2509.
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    采用磁控溅射法在不同基底温度下制备Co-TiO2纳米复合薄膜。所合成的纳米复合薄膜由TiO2非晶基体和分散其中的Co颗粒组成,呈铁磁和超顺磁共存的特性。随着基底温度从室温升高到400 °C,Co颗粒尺寸逐渐增大,氧化程度明显降低。因此,在Co含量相同的情况下,随着基底温度的升高(从室温升高至400 °C),饱和磁化强度从0.13增加到0.43 T。在高基底温度下,一部分Co颗粒聚集形成导电路径,导致电阻率从1600快速下降至76 μΩ·m。即使在电阻率低至76 μΩ·m的情况下,依然能获得Co-TiO2的磁电阻性能。结果表明,纳米复合薄膜在室温下具有低Co氧化、高磁化强度和磁阻特性。
  • 叶俊良,柯智耀
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2510-2517.
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    通过Fe2O3和TiO2金属热还原自蔓延高温合成(SHS)制备添加TiB2/Al2O3 and TiC/Al2O3陶瓷相的铁铝基金属(FeAl)复合材料。反应物粉末包括铝热剂0.6Fe2O3+0.6TiO2+2Al以及元素铁、铝、硼与炭黑。复合材料成分为xFeAl-0.6TiB2-Al2O3 (x =2.0~3.6)和yFeAl-0.6TiC-Al2O3 (y =1.8~2.75)。当复合材料中FeAl含量增加时,燃烧反应的放热量下降,最终两组燃烧反应的可燃极限分别为x=3.6和y=2.75。根据燃烧波的动力学分析,合成两种FeAl复合材料的反应活化能为Ea=97.1 and 101.1 kJ/mol。从产物的XRD分析可确认生成FeAl/TiB2/Al2O3和FeAl/TiC/Al2O3复合材料。SEM显示FeAl为致密多晶结构,而陶瓷成分TiB2、TiC和Al2O3呈微米颗粒状分散于复合材料中。合成的FeAl-TiB2-Al2O3和FeAl-TiC-Al2O3复合材料的硬度为12.8~16.6 GPa,断裂韧性为7.93~9.84 MPa·m1/2
  • Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
  • 龙 翼,刘建坡,雷 刚,司英涛,张长银,魏登铖,师宏旭
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2518-2535.
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    采用实验和数值模拟相结合的方法研究静应力和爆破扰动所诱发的巷道围岩渐进破裂过程。研究结果表明:围岩的损伤程度由静应力加载和爆破动力扰动的双重作用所致,不同侧压力系数条件下静应力加载和爆破动载扰动条件下巷道围岩损伤破坏具有明显的差异性。初始应力条件控制着巷道围岩破坏区域的分布特征,爆破扰动会加剧巷道围岩的损伤深度和失稳破坏速度。垂向和水平静应力差值越大,爆破扰动造成的巷道损伤程度越大。爆破结束后,声发射活动性在较短的时间内恢复到稳定状态,且符合幂律衰减规律。
  • 刘 胜,刘广义,黄耀国,钟 宏
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2536-2546.
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    通过接触角和单矿物浮选试验,对比研究黄原酸酯-羟肟酸双配体捕收剂与黄原酸酯+羟肟酸组合捕收剂对氧化铜矿物浮选和疏水性能。结果表明,S-[(2-羟胺基)-2-乙酰基]-O-辛基-二硫代碳酸酯(HAOODE)对孔雀石的疏水化能力和浮选性能优于辛基羟肟酸(OHA)及其与S-烯丙基-O-乙基黄原酸酯(AEXE)的组合。通过动电位测试、原子力显微镜扫描和XPS分析,考察HAOODE对孔雀石的疏水强化机理。结果显示,HAOODE化学吸附在孔雀石表面,形成含羟肟酸—(O,O)—Cu和—O—C(—S—Cu)—S—构型的表面Cu—HAOODE络合物。 HAOODE的双官能团共吸附产生了“环”形结构,比OHA和AEXE的单官能团吸附更稳定,强化其在孔雀石表面的吸附。此外,与OHA的“线”形和AEXE的“V”形疏水碳链相比,HAOODE的“h”形双疏水基强化了孔雀石表面疏水。因此,与OHA和AEXE相比,HAOODE对孔雀石颗粒浮选回收率更高。
  • 崔艳芳,焦 芬,覃文庆,董留洋,王 旭
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2547-2555.
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    通过浮选试验、离子络合测试、接触角测试和XPS分析,研究组合抑制剂硫酸锌(ZnSO4)和二甲基二硫代氨基甲酸钠(DMDC)对闪锌矿的抑制机理。浮选试验表明,与单一抑制剂ZnSO4和DMDC相比,组合抑制剂ZnSO4+DMDC对闪锌矿有更好的选择性抑制效果。离子络合试验表明,DMDC对铅离子或其羟基络合物有很强的络合能力。接触角测试证明,与单一抑制剂ZnSO4和DMDC相比,组合抑制剂ZnSO4+DMDC使闪锌矿表面更加亲水。XPS分析表明,组合抑制剂通过竞争吸附阻止捕收剂在铅离子活化后的闪锌矿表面吸附,而在方铅矿表面,组合抑制剂与捕收剂产生共吸附。
  • SumitraNAYAK,NiharbalaDEVI,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2556-2567.
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    本研究的主要目的是从废液晶显示面板中回收铟。为此,研究一种离子液体Cyphos IL101。首先,考察平衡时间、酸浓度、氯离子浓度、氢离子浓度等萃取参数对Cyphos IL 101萃取In(III)萃取效率的影响。用0.005 mol/L Cyphos IL 101在2.0 mol/L HCl中定量萃取铟,并用1.0 mol/L H2SO4定量反萃。用Job法确定萃合物组成,为R3R''''PInCl4(R=C6H13; R′=C14H29)。基于多金属(萃取)研究的结果,Cyphos IL 101进一步用于从废液晶显示器浸出液中去除铟、锡和铜。获得从废液晶显示器中回收铟的优化条件。为了分离金属离子铟、锡和铜,根据McCabe-Thiele分析,进行逆流萃取和选择性反萃。为了从进料中完全除去锡,在O/A比为1:3的条件下进行两段萃取,并用0.1 mol/L H2SO4进行铟和锡的选择性反萃。提出从废液晶显示器中分离铟的工艺流程。
  • 朱曾丽,刘欢,陈杰双阳,孔辉,徐亮,华中胜,赵卓
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(9): 2568-2576.
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    为了开发高效、环境友好的废铅酸电池回收工艺,提出一种基于氯化焙烧和熔盐电解的新型处理方法。首先,通过热力学分析对熔盐法从废铅酸电池中回收铅的可行性进行论证。然后,采用电化学暂态测试方法对700 °C时NaCl-KCl共融盐中Pb(II)在钨电极上的电化学行为进行深入研究。结果表明:Pb(II)在NaCl-KCl熔盐中的还原反应是一步交换2个电子的准可逆过程,且该过程受准可逆扩散控制。最后,于-0.6 V (vs Ag/AgCl)电位下在NaCl-KCl-PbCl2熔盐中进行恒电位电解,所得阴极产物经X射线衍射分析证实为纯Pb。本研究表明,在NaCl-KCl共融盐中电解还原PbCl2制备金属铅是切实可行的,并为熔盐法从废铅酸电池中回收铅的后续研究提供重要理论依据。