[發(fā)明專利]一種具有均勻致密TiB2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811545895.1
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109695044B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃有國;陳家榮;李慶余;王少伊;儲有奇;李玉;范小萍;傅浩;王紅強
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08;C25D11/00
• 代理公司: 南寧新途專利代理事務(wù)所(普通合伙) 45119
• 代理人: 但玉梅

本發(fā)明提供一種具有均勻致密TiB₂層的鈦基陰極材料及其制備方法，屬于陰極材料制備技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：(1)對表面已處理干凈的鈦基體進行滲硼處理，滲硼劑為無水硼砂，無水碳酸鉀和B₄C，石墨坩堝為陽極，金屬鈦板為陰極，從而獲得TiB₂?TiB/Ti梯度復(fù)合材料；(2)清理干凈上述材料的表面；(3)將處理干凈的復(fù)合材料進行熔鹽電沉積TiB₂，在獲得表面電沉積了TiB₂鍍層的TiB₂?TiB/Ti梯度復(fù)合材料。本發(fā)明的方法能夠獲得具有均勻致密TiB₂最外層的鋁電解用陰極TiB₂?TiB/Ti梯度復(fù)合材料，同時加厚了TiB₂層，延長該陰極材料的服役壽命。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及陰極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對鈦基進行滲硼及電沉積處理，制備得到具有均勻致密TiB₂層的TiB₂-TiB/Ti鋁電解用陰極梯度復(fù)合材料的方法。

【背景技術(shù)】

在鋁電解中碳一直作為陰極內(nèi)襯材料，但是其不被鋁液濕潤，容易被熔融電解質(zhì)和鋁液侵蝕而破損等。為了取代碳陰極內(nèi)襯，人們不斷努力尋找新型材料，到目前為止，TiB₂是最理想的鋁電解陰極內(nèi)襯材料，因為TiB₂不僅能被鋁液很好地潤濕，而且能抵抗鋁液和熔融電解質(zhì)的侵蝕，同時極距可以明顯地縮短，槽電壓和能量消耗可以大幅度地降低。如果與惰性陽極聯(lián)合使用，節(jié)省電能達到20％-30％。目前，已有的導(dǎo)流型電解槽，是采用有機物與TiB₂混合涂覆在碳素陰極上并通過高溫碳化獲得，這種陰極涂覆雖然已經(jīng)開始在工業(yè)電解鋁上得到應(yīng)用，但涂層不穩(wěn)定，易磨損，局部壽命太短，而使得其應(yīng)用受到了限制。李軍、李冰等人以石墨作為基體電沉積TiB₂鍍層作為鋁電解陰極，但石墨基體與電沉積TiB₂鍍層的熱膨脹系數(shù)相差較大在高溫熔鹽鋁電解過程中由于表面應(yīng)力作用而存在結(jié)合不牢的問題，使得其應(yīng)用受到限制。在進一步的探索中采取了鈦基體滲硼的方法直接得到了鋁電解陰極用 TiB₂-TiB/Ti梯度復(fù)合材料。TiB₂-TiB/Ti梯度復(fù)合材料有望成為理想的惰性可潤濕性陰極材料，Ti、TiB和TiB₂的密度較為接近，分別為4.57、4.56和4.52g/cm³；熱膨脹系數(shù)也相差不大，依次分別為8.6×10^-6、7.15×10^-6和6.2×10^-6/K，性能呈梯度變化。將Ti、TiB和TiB₂構(gòu)建為梯度復(fù)合陰極材料，可以避免TiB₂層與基體性能的突變，從而可以解決鋁電解工作溫度下TiB₂層與基體的結(jié)合強度變?nèi)酢⑿阅軔夯葐栴}；采用金屬鈦為基體，機械加工性能好，與金屬集流體的連接問題也可以較好的解決；TiB₂-TiB/Ti梯度復(fù)合陰極材料頂部的高純度 TiB₂層將與鋁液完全潤濕，徹底解決潤濕性的問題。

但是采用鈦基體滲硼的方法直接得到的鋁電解陰極用TiB₂-TiB/Ti梯度復(fù)合材料頂層的 TiB₂層不均勻、不致密，甚至局部未能實現(xiàn)滲硼的目的，使得鈦基體出現(xiàn)局部微裸露，作為鋁電解陰極裸露的鈦基體容易被腐蝕，使得其服役壽命難以達到要求。因此，有必要對現(xiàn)有的TiB₂-TiB/Ti梯度復(fù)合材料的制備方法進行改進，以避免鈦基體被腐蝕，延長陰極材料的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供具有均勻致密TiB₂層的鈦基陰極材料及其制備方法，以獲得均勻致密TiB₂最外層的鋁電解用陰極TiB₂-TiB/Ti梯度復(fù)合材料，同時加厚了TiB₂層，延長該陰極材料的服役壽命。