納米增韌NiFe2O4基鋁電解惰性陽極的研究.pdf

1、傳統(tǒng)Hall-Héroult鋁電解槽由于采用消耗式炭陽極而存在炭耗大和環(huán)境污染嚴重等問題。惰性陽極能夠克服以上問題而成為鋁業(yè)界研究的熱點。NiFe2O4基惰性陽極具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性好、抗熔鹽腐蝕能力強等優(yōu)點而成為鋁電解惰性陽極的首選材料。但是，NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽極材料脆性大，抗熱震性低，不能滿足鋁電解工藝的要求，至今沒能在鋁電解工業(yè)中應(yīng)用。提高NiFe2O4基惰性陽極的韌性和抗熱震性是惰性陽極工業(yè)化的研究重點。本文首次研究了

2、NiFe2O4納米粉增韌NiFe2O4基惰性陽極和大尺寸NiFe2O4基惰性陽極的制備工藝。
　　采用低溫固相反應(yīng)法合成NiFe2O4納米粉。以NiSO4·6H2O、FeSO4·7H2O和NaOH為反應(yīng)物，NaCl為分散劑，通過室溫研磨反應(yīng)制備得到前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體進行熱處理得到納米粉。通過單因素實驗重點考察了制備工藝、分散劑含量、煅燒溫度和保溫時間對粉體的相組成、粒徑分布和形貌的影響。結(jié)果表明:在研磨過程中添加20wt％NaC

3、l作為分散劑制備得到的前驅(qū)體，先在800℃煅燒保溫1小時后洗滌抽濾干燥得到的粉體物相單一、結(jié)晶度好，顆粒呈多面體型，粒徑分布在30-65nm之間。采用行星機械研磨輔助低溫固相反應(yīng)工業(yè)化制備NiFe2O4納米粉，前驅(qū)體反應(yīng)活性明顯增強，在相對較低的溫度下(750℃)就能獲得高結(jié)晶度、物相單一的NiFe2O4納米粉。固-固相反應(yīng)經(jīng)歷四個階段，即擴散-反應(yīng)-成核-晶粒生長。結(jié)晶水的存在、研磨作用和反應(yīng)物顆粒細化等都有利于提升反應(yīng)速率。

4、　　采用兩步燒結(jié)法制備NiFe2O4基惰性陽極:先以Fe2O3、NiO和氧化物添加劑于1000℃合成NiFe2O4基體材料，經(jīng)過破碎篩分，按照粒度級配，添加不同含量的納米粉，經(jīng)過壓制成型，二次燒結(jié)得到NiFe2O4基惰性陽極。重點研究了納米粉添加量對陽極材料綜合性能的影響。研究表明:NiFe2O4納米粉的添加有利于提高生坯的燒結(jié)活性，添加量越大，活性越強，燒結(jié)越致密，在納米粉添加量為30％時，NiFe2O4基惰性陽極的綜合性能最好:氣孔

5、率為3.51％，抗彎強度為42.47MPa，斷裂韌性和沖擊韌性分別為3.12MPa·m1/2和3.31J/cm2，抗熱震性達到85.36％，靜態(tài)腐蝕率為0.00085g·cm-2·h-1;納米粉添加量達到40％時，試樣收縮過大，在內(nèi)部容易形成大裂紋，降低試樣的致密度，影響陽極的性能。納米粉的添加主要是通過改變材料的顯微結(jié)構(gòu)如晶界結(jié)合強度、氣孔等影響斷裂表面能，從而實現(xiàn)材料的強韌化。
　　通過制備工藝對小尺寸條狀NiFe2O4基惰性

6、陽極性能的影響，確定最佳制備工藝參數(shù):成型壓力200MPa，燒結(jié)溫度1400℃和燒結(jié)時間6小時。在制備Φ100mm圓柱形NiFe2O4基惰性陽極時，在120MPa采用雙向軸壓制備生坯，然后在1150℃燒結(jié)保溫6小時得到陽極綜合性能最優(yōu)越。電解實驗證明，采用固相燒結(jié)擴散連接方法連接的金屬導(dǎo)桿和陽極，具備一定的高溫強度和導(dǎo)電性，能夠滿足惰性陽極的使用環(huán)境所要求的較高的高溫強度、較好的抗熱震性能、抗高溫氧化性能和良好的導(dǎo)電性能。
　　采

7、用納米增韌Φ100mm圓柱形NiFe2O4基惰性陽極電解實驗結(jié)果表明:經(jīng)過10小時電解腐蝕后陽極外觀尺寸幾乎沒有變化，表面平整，棱角仍然分明，沒有發(fā)生開裂、腫脹、表面起層和剝離的現(xiàn)象，表現(xiàn)出較好的抗熱震性和耐熔鹽腐蝕性。電解腐蝕首先發(fā)生在缺陷比較多的晶界，隨后沿晶界對晶粒進一步腐蝕，氣孔的存在增大陽極被腐蝕的幾率，提高陽極晶界的耐腐蝕能力和降低氣孔率對提高陽極整體的耐腐蝕性起著至關(guān)重要的作用。
　　采用納米增韌制備220×160m