NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极电解过程表面结构演变及其影响因素研究

摘要

惰性阳极与可润湿性阴极在铝电解工业上的应用因能够消除现行碳电极带来的温室效应气体排放，降低给环境带来的污染问题而成为重要的课题。而惰性阳极是开发该新技术的关键。论文在国家自然基金项目（编号:51222403）的资助下，在前期研究的基础之上，以17Ni-(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷为对象，在Na3AlF6-AlF3-Al2O3熔盐体系下，研究了阳极表层物相结构转变与形貌变化;在此基础上，进一步研究了电解工艺（电解温度、氧化铝浓度、电流密度等）对阳极表层物相结构演变特征的影响。获得了如下主要研究结果:
　　1)金属陶瓷惰性阳极17Ni-(NiFe2O4-10NiO)表面中原有的NiO相以及电解过程新生态氧与金属相Ni作用生成的NiO，可与熔体中的Al2O3反应而生成NiAl2O4，也可与Fe2O3反应向NiFe2O4相转变;同时，二者新生物相在一定条件下可与阳极原有陶瓷相共同形成稳定的致密耐蚀层结构，由于其有比金属相Ni和陶瓷相NiO更强的耐腐蚀能力，有利于提高材料的抗腐蚀性能。
　　2)电流密度对17Ni-(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极电解过程中表面新生物相NiAl2O4和NiFe2O4的生成影响最大，Al2O3浓度的影响其次，电解温度最小。电流密度升高，NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极表面新生物相NiAl2O4和NiFe2O4较多，且在阳极表面形成的稳定致密耐蚀层越厚，但过高的电流密度下，受阳极区域Al2O3浓度局部过低的影响很大，所获新生物相反而减少;Al2O3浓度越高，阳极表面越易生成物相NiAl2O4和NiFe2O4;而温度的变化则对NiAl2O4等的生成影响基本不变。
　　3)在960℃的Na3AlF6-AlF3-Al2O3熔体，当Al2O3浓度为7.5％以上时，在电流密度为1.5 A/cm2时，17Ni-(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极阳极表面的新生物相NiAl2O4和NiFe2O4，可与原有陶瓷相共同作用形成约120μm的稳定致密层，有利于阳极耐腐蚀性能的提高。

目录

声明

摘要

1 研究背景

1．1 铝电解工业概况

1．2 惰性阳极的研究进展

1．2．1 氧化物陶瓷

1．2．2 金属或合金

1．2．3 金属陶瓷

1．3 论文研究的目的与意义

2 文献综述

2．1 引言

2．2 NiFe2O4基金属陶瓷电解腐蚀研究

2．2．1 阳极材料组成对电解腐蚀的影响

2．2．2 电解工艺对金属陶瓷阳极腐蚀率的影响

2．3 惰性阳极电解腐蚀过程研究

2．3．1 NiFe2O4基金属陶瓷电解腐蚀机理研究

2．3．2 NiFe2O4基金属陶瓷极化状态下表面结构变化研究

2．3．3 合金阳极氧化膜的形成研究

2．4 论文研究内容和研究方案

3 NiFe2O4基金属陶瓷阳极表面结构演变研究

3．1 引言

3．2 实验

3．2．1 实验原料与设备

3．2．2 NiFe2O4-10NiO复合陶瓷及金属陶瓷制备

3．2．3 实验过程

3．2．4 分析与检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 非极化状态下NiFe2O4基金属陶瓷阳极表面结构变化

3．3．2 极化状态下NiFe2O4基金属陶瓷表面结构变化

3．4 本章小结

4 电解工艺对17Ni-(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷表面结构变化的影响

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 金属陶瓷的制备

4．2．2 实验过程

4．2．3 分析与检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 电解温度对NiFe2O4基金属陶瓷阳极表面结构转变的影响

4．3．2 氧化铝浓度对NiFe2O4基金属陶瓷阳极表面结构转变的影响

4．3．3 电流密度对NiFe2O4基金属陶瓷阳极表面结构转变的影响

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 总结与结论

5．2 展望与建议

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢