Cr2O3掺杂17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的制备及性能研究

摘要

基于NiFe2O4基金属陶瓷作为应用于铝电解工业的惰性阳极因有望从根本上解决碳素阳极所带来污染环境的问题，达到电解过程的零排放和低能耗，成为材料领域和国际铝业界的研究重点。本论文是以科技部国际合作专项（2010DFA52130）为课题资助，选择目前性能较优、关注较多的17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷作为NiFe2O4基金属陶瓷的代表，通过对其掺杂不同含量的Cr2O3，制备出Cr2O3掺杂的金属陶瓷试样，并运用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）等检测分析手段，详细地探究了不同含量Cr2O3掺杂对材料的物相组成、组织形貌、致密化、力学性能、抗高温氧化性能和高温静态下抗熔盐腐蚀性能的影响。研究成果如下：
　　1.经1200℃下保温6h的烧结工艺制备出合格的10NiO-NiFe2O4陶瓷基体粉末；采用粉末冶金技术成功制备出不同含量Cr2O3掺杂的17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷试样，其工艺为在300Mpa压力下压制成型，再在1250℃下真空烧结3h。
　　2.不同含量Cr2O3掺杂的17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷物相成分均为Ni、NiO和NiFe2O4相。Cr2O3掺杂后固溶于NiFe2O4基体相内，导致NiFe2O4晶体结构发生畸变，促使试样烧结致密化，随着Cr2O3掺杂量逐步加大，材料的致密化程度也逐步提高。其中Cr2O3掺杂量为2％和4%的试样相对密度分别高达97.53%和99.19%，比未掺杂Cr2O3的试样分别提高了3.32%和4.98%。
　　3.Cr2O3掺入后能使材料的综合力学性能得到大幅度提升，随着Cr2O3掺杂量的增大，提升效果更显著。当Cr2O3掺杂量为4%时，试样综合力学性能表现最突出，其硬度、断裂韧性以及抗弯强度分别为797.02 N·mm-2、5.09 MPa·m1/2、192.3650Mpa；其次为2%Cr2O3掺杂的试样，其硬度、断裂韧性以及抗弯强度分别为787.86 N·mm-2、4.70 MPa·m1/2、162.2317Mpa。
　　4.Cr2O3的掺入有利于提高材料的抗高温氧化性能，随着Cr2O3掺杂量的增大，材料抗高温氧化性能表现越优异。当氧化时间达到30h时，Cr2O3掺杂量为2%和4%的试样的单位面积氧化增重率分别为6.0753mg?cm-2、4.3131mg?cm-2，比未掺杂Cr2O3的试样分别减少了37.64%、55.73%。
　　5.适量的Cr2O3掺杂能够明显改善材料的抗熔盐腐蚀性能。当Cr2O3的掺杂量为2%时，试样在熔盐腐蚀中更易生成致密少孔的腐蚀反应层，抗熔盐腐蚀性能最优异，熔盐腐蚀速度最低，为1.7736×10-3g?cm-2?h-1，约为未掺杂Cr2O3的试样的30.14%，年腐蚀深度为2.7882cm?y-1，比未掺杂Cr2O3的试样减少了69.45%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题的研究背景

1.3 国内外研究现状

1.4 NiFe2O4基金属陶瓷材料的性能研究

1.5 本课题的研究内容与意义

第2章 Cr2O3掺杂17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷试样的制备

2.1 引言

2.2 实验原料及设备

2.3 10NiO-NiFe2O4陶瓷基体制备工艺与分析

2.4 Cr2O3掺杂17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的制备

2.5 本章小结

第3章 Cr2O3掺杂对17Ni/(10NiO-NiFe 2O4)金属陶瓷致密化及力学性能的影响

3.1 引言

3.2 Cr2O3掺杂对材料致密化的影响

3.3 Cr2O3掺杂对材料力学性能的影响

3.4 本章小结

第4章 Cr2O3掺杂对17Ni/(10NiO-NiFe 2O4)金属陶瓷抗高温氧化性能的影响

4.1 引言

4.2 抗高温氧化性能测试方法与步骤

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 Cr2O3掺杂对17Ni/(10NiO-NiFe 2O4)金属陶瓷抗熔盐腐蚀性能的影响

5.1 引言

5.2 高温静态抗熔盐腐蚀性能实验方法与步骤

5.3 实验结果与分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录（科研成果及参与项目情况）