本文对氧化钪在熔盐电解质中的溶解性能、熔盐电解质的物理化学性质,电解铝钪合金的平衡过程的热力学和电化学过程进行了研究。考察了对氧化钪在冰晶石-氧化铝系电解质中的溶解性能,得到氧化钪溶解度随分子比、温度和氧化铝、氟化锂添加量的变化的关系。研究表明,降低氧化铝浓度和升高温度均有利于提高氧化钪在熔盐中的溶解度。通常情况下,分子比对氧化钪溶解度的影响不大,主要体现在与氧化铝添加量的交互作用上。在现代电解槽的操作条件下,氧化钪的溶解度可以达到3%～5%,完全能够满足直接电解铝钪合金的需要。通过对含钪电解质的初晶温度、密度、电导率以及热失重率等物理化学性质的研究,得出如下规律和结论：在电解质中添加氧化钪有助于降低电解温度,从而起到节能降耗的作用；在通常铝电解控制的氧化物添加范围内,氧化钪对电解质电导率和密度的影响较小,不会影响电解过程的稳定运行；在正常电解过程控制的过热度下(10K～40K),在电解质中添加氧化钪有助于减小电解质的挥发损失,减少对环境的污染,同时氧化钪本身不会因挥发而造成损失。含钪电解质的初晶温度、电导率、密度以及热失重率等物理化学性质,均可以满足电解铝钪合金的工艺需要,用含钪的电解质进行电解直接生产铝钪合金是可行的。采用循环伏安法、线性伏安法、计时电位法和稳态极化法对Sc3+在冰晶石熔盐体系中铝电极上的电化学还原过程及氧化钪在石墨电极上的分解电压进行研究。研究结果表明：Sc3+在熔盐中电解还原过程为一步获得三个电子的简单电荷传递过程,其反应既受扩散控制,又受极化控制,是混合控制过程。因此,用电解法生产铝钪合金,不会因为生成低价钪中间产物,造成较多的二次反应而使电流效率大幅降低。利用Miedema模型对钪在铝钪合金中的活度系数进行了近似计算,并结合一些基本热力学关系式,可得到任意二元系中组元活度系数的公式。保持电解质中的氧化钪含量在较高水平,同时控制电解质中的氧化铝含量在较低水平,对电解生产钪含量较高的铝钪合金是至关重要的。在电解条件下,钪与铝共同析出时在铝液中的平衡活度最大可以达到2.33%。加之钪与铝生成稳定的高熔点化合物,使钪在铝中的活度系数远小于1,从而使在电解槽中直接生产含钪在2%左右的铝钪合金成为可能。在热力学研究证明直接电解法生产铝钪合金可行的基础上,对电解铝钪合金的工艺操作参数进行了研究。研究结果表明,电解过程中,合金中钪含量随电解质中氧化钪含量的增加和氧化铝含量的减少而升高；并随电解温度、电极距离以及阴极电流密度的增加而提高。但温度、极距和电流密度对合金含钪量的影响不显著。电解质中氧化钪含量的增加有助于提高电流效率,而氧化铝的作用则相反。对电解法生产的铝钪合金金相和扫描电镜研究。研究表明：含钪量为0.5%的铝钪合金,Al3Sc相晶粒细小、弥散,能很好地发挥铝钪合金的优异性能。当含钪量达到2%以上时,电解法合金的Al3Sc相晶粒大小变化不大。用电解法生产铝钪合金,不但可以得到结晶形态比较好的产品,而且可以得到较高的电流效率。