Cu-Ni-NiO-NiFeO金属陶瓷在冰晶石-氧化铝熔体中的电解腐蚀行为研究

摘要

惰性阳极技术可降低电解铝生产成本，节能增产，且环境友好，它的研发和应用将带来传统铝电解工业的技术革命；然而该技术至今未取得成功，其问题主要集中在材料物理性能和耐氟化盐熔体腐蚀性能两方面。本文在973计划和863计划的资助下，以开发铝电解用惰性阳极为目标，选取Cu-Ni-NiO-NiFe<,2>O<,4>金属陶瓷为对象，从陶瓷相和金属相两方面开展研究。在采用“冷压-烧结”工艺制备出合格样品的基础上，运用SEM，XRD，金相显微镜，AAS，XRF，高温电阻率测试仪和模拟电解试验等手段，研究了陶瓷相中NiO的含量，金属相种类(分别为Ni、Cu和Cu-Ni混合粉)对金属陶瓷惰性阳极的耐腐蚀性能、致密度及电导率的影响，并初探了其腐蚀行为及导电机制。获得主要结果如下： 1)陶瓷相中NiO含量的提高不利于NiFe<,2>O<,4>-NiO陶瓷的烧结致密化；但加入5 wt％Ni作为金属相，在受控气氛下烧结可明显提高试样的致密度和导电率，其中1350℃下烧结2小时的5Ni-9.5NiO-NiFe<,2>O<,4>金属陶瓷表观密度为5.57g-cm<'-3>，相对密度高达98.11％；1000℃下电导率为39.61 S·cm<'-1>。 2)提高5Ni-xNiO-NiFe<,2>O<,4>金属陶瓷的NiO含量，可将其在Na<,3>AlF<,6>-Al<,2>O<,3.熔体中的电解腐蚀过程中电解质中Fe的含量从0.01857 wt％降至0.006836 wt％～0.009574 wt％，但对Ni的含量影响不大。综合考虑烧结性能和耐腐蚀性，确定陶瓷相中NiO的最佳含量为10 wt％。 3)金属相分别为Cu，Ni，和85Cu-15Ni混合粉的金属陶瓷的致密度相差不大；但金属相为Cu的金属陶瓷高温导电性最好，960℃下达到81.17 S·cm<'-1>。目前所进行的有限的极化及非极化腐蚀实验还未能有效区分它们耐腐性能的优劣，这主要由于高温熔盐腐蚀实验的难度与复杂性导致所获数据的较大误差所致，尚需大量实验研究。 4)金属陶瓷在Na<,3>AlF<,6>-Al<,2>O<,3>熔体中电解腐蚀所进入熔体的杂质离子呈非均匀分布，随离阳极距离的变化大致符合波尔兹曼分布规律。导致此现象的原因可能是，在极化条件下杂质离子的电迁移引起杂质离子的阴极富集；这种非均匀分布及不同计算方法对惰性阳极腐蚀率计算产生较大影响，急需建立一套科学合理的惰性阳极腐蚀率检测与评价方法。

目录

文摘

英文文摘

第一章研究背景

第二章文献综述

第三章NiO含量对NiFe2O4-NiO陶瓷及NiFe2O4基金属陶瓷烧结性能的影响

第四章NiO含量对NiFe2O4基金属陶瓷电解耐腐蚀性能的影响

第五章金属相种类对NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极性能的影响

第六章电解质中杂质离子分布特征及其对惰性阳极腐蚀率计算的影响

第七章结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及获奖情况