铝电解用NiFe2O4基惰性阳极的制备及性能研究

论文摘要

本文以开发铝电解惰性阳极为目标,用粉末冶金的方法制备出以NiFe2O4陶瓷相为基体,添加以金属Cu作为导电组元的金属陶瓷惰性电极材料;研究了不同烧结温度、烧结时间对NiFe2O4陶瓷粉体及块体合成条件的影响;分析了各组成电极材料的导电性、高温抗氧化性以及在电解质中的腐蚀性能。获得如下主要结果:以NiO和Fe2O3粉末为原料,在不同的烧结温度和烧结时间下对烧结粉体情况进行了分析,研究表明,制备尖晶石型NiFe2O4陶瓷粉体的最佳工艺条件是:1100℃1200℃,6个小时;采用冷等静压成型—真空烧结工艺制备了Cu-NiFe2O4金属陶瓷惰性阳极,结果表明,制备该金属陶瓷惰性阳极的最佳烧结制度为:烧结温度1300℃,烧结时间为8h。在最佳烧结制度下（1300℃,8h）,得到的惰性阳极试样的开口气孔率较低,阳极试样的密度也较高。加入金属相Cu能有效改善NiFe2O4的导电性能,随环境温度的提高,其电导率增大。Cu含量在20%以内的金属陶瓷,在1233K时的电导率处于（200300）×10-2?-1·cm-1范围内,说明加入金属相Cu可使NiFe2O4有望作为惰性阳极材料使用。对惰性阳极试样进行了高温氧化实验,结果说明试样氧化增重与时间曲线符合“抛物线”规律,氧化速度较慢,说明该惰性阳极试样具有较强的抗氧化能力,其氧化机理为“保护性氧化”。在960℃下的热腐蚀和电解腐蚀后表明,NiFe2O4基金属陶瓷阳极试样在电解质中有很小的腐蚀速度,如5%Cu-NiFe2O4的最小的热腐蚀速度为0.96×10-3g/cm2·h,年蚀深度估计为15.26 mm/y。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.1.1 传统电解铝工业存在的问题
• 1.1.2 采用惰性阳极的优势及要求
• 1.2 惰性阳极国内外研究现状
• 1.3 惰性阳极研究前景
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 材料与实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验原料及设备
• 2.1.2 实验原料预处理
• 2.2 成分及组织结构分析
• 2.2.1 差热分析
• 2.2.2 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.2.3 扫描电镜（SEM）和电子探针分析（EPMA）
• 2.3 性能测试及表征
• 2.3.1 密度及相对密度
• 2.3.2 室温弯曲强度和弹性模量
• 2.3.3 断裂韧性
• 2.3.4 抗氧化性
• 2.3.5 材料电导率的测定
• 2.3.6 电解腐蚀速率的测定方法及步骤
• 2O₄基金属陶瓷惰性阳极的制备及工艺'>第3章 NIFE₂O₄基金属陶瓷惰性阳极的制备及工艺
• 3.1 复合氧化物陶瓷粉体的制备
• 2O₄ 复合氧化物粉体的制备工艺'>3.1.1 NiFe₂O₄复合氧化物粉体的制备工艺
• 2O₄ 烧结温度的确定'>3.1.2 NiFe₂O₄烧结温度的确定
• 2O₄ 粉体控温曲线的确定'>3.1.3 烧结NiFe₂O₄粉体控温曲线的确定
• 3.1.4 980℃保温6 小时烧结粉末情况
• 3.1.5 1050℃保温6 小时烧结粉末情况
• 3.1.6 1100℃保温6 小时烧结粉末情况
• 3.1.7 1200℃不同时间烧结粉末情况
• 3.1.8 1300℃保温6 小时烧结粉末情况
• 2O₄ 金属陶瓷惰性阳极的制备'>3.2 CU-NIFE₂O₄金属陶瓷惰性阳极的制备
• 2O₄ 的模压成型及烧结'>3.2.1 Cu-NiFe₂O₄的模压成型及烧结
• 3.2.2 烧结气氛对金属陶瓷性能的影响
• 3.2.3 烧结温度的确定
• 3.2.4 烧结温度的影响
• 3.2.5 惰性阳极的密度以及气孔率测定
• 3.3 本章小结
• 2O₄基金属陶瓷惰性阳极的性能'>第4章 NIFE₂O₄基金属陶瓷惰性阳极的性能
• 2O₄ 基惰性阳极的导电性'>4.1 NIFE₂O₄基惰性阳极的导电性
• 2O₄ 导电性的影响'>4.1.1 Cu 含量对NiFe₂O₄导电性的影响
• 2O₄ 基惰性阳极的高温抗氧化性'>4.2 NIFE₂O₄基惰性阳极的高温抗氧化性
• 4.2.1 惰性阳极材料的高温氧化性
• 4.2.2 氧化机理分析
• 2O₄ 基惰性阳极的抗腐蚀性'>4.3 NIFE₂O₄基惰性阳极的抗腐蚀性
• 2O₄ 基惰性阳极的非极化热腐蚀'>4.3.1 NiFe₂O₄基惰性阳极的非极化热腐蚀
• 2O₄ 基惰性阳极的极化腐蚀'>4.3.2 NiFe₂O₄基惰性阳极的极化腐蚀
• 2O₄ 基惰性阳极的电解腐蚀速率'>4.3.3 NiFe₂O₄基惰性阳极的电解腐蚀速率
• 4.4 惰性阳极腐蚀机理探讨
• 4.4.1 惰性阳极腐蚀后的物相分析
• 4.4.2 惰性阳极腐蚀机理
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢