[發(fā)明專利]一種鋁電解金屬陶瓷惰性陽極及其近凈成形制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110647805.5
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113337849B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張雷;周科朝;何勇;熊慧文;李志友;沈廷
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C25C3/12
• 分類號: C25C3/12;B22F1/103;B22F1/107;B22F3/10;B22F3/22;B22F5/00;B22F7/06;B22F9/04;B33Y10/00;B33Y70/10;B33Y80/00;C22C29/12
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發(fā)明公開了一種金屬陶瓷惰性陽極及其近凈成形制備方法，所述金屬陶瓷惰性陽極的結(jié)構(gòu)呈“T型”，其由電連接金屬導(dǎo)桿以及包覆電連接金屬導(dǎo)桿的金屬陶瓷外殼組成，所述金屬陶瓷外殼由金屬相以及陶瓷相組成，所述金屬相包含Cu、Fe，同時還包含Ni、Cr、Co、Mn中的至少一種；所述陶瓷相包含NiFe₂O₄基陶瓷。所述金屬陶瓷惰性陽極通過凝膠鑄膜或3D打印凈成形。本發(fā)明通過在金屬相中添加合金化元素能夠加快電解過程中電極表面的成膜速度，形成的穩(wěn)定氧化膜穩(wěn)定致密，同時本發(fā)明的金屬陶瓷惰性陽極結(jié)構(gòu)可以使陽極工作面具有均勻的電流密度分布，本發(fā)明所提供的金屬陶瓷惰性陽極通過成份與結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用大幅提升了抗腐蝕性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁電解的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬陶瓷惰性陽極及其近凈成形制備方法。

背景技術(shù)

惰性陽極技術(shù)可降低電解鋁生產(chǎn)成本，節(jié)能增產(chǎn)，且環(huán)境友好，它的研發(fā)和應(yīng)用將帶來傳統(tǒng)鋁電解工業(yè)的技術(shù)革命。通過材料制備技術(shù)和電解工藝條件的優(yōu)化，NiFe₂O₄基金屬陶瓷惰性陽極在具備較好導(dǎo)電性能的同時，耐高溫熔鹽腐蝕性能也有較大改善。金屬陶瓷中金屬相的合金成分和含量對陽極的耐蝕性能起決定作用，同時陽極的結(jié)構(gòu)及其在電解槽中的排布方式對電極表面的電位和電流分布也有一定影響，而表面電流密度的不均勻分布可能會引起陽極局部的過度腐蝕，從而影響電極的使用壽命。

目前，鋁電解惰性陽極金屬陶瓷材料中的金屬相以Cu、Fe、Ni 金屬及Cu-Ni、Fe-Ni基合金居多，在使用過程中，Cu、Fe金屬的腐蝕及剝離速率決定了電極的使用壽命。為降低金屬陶瓷的腐蝕速率，一方面應(yīng)優(yōu)化合金成分，提高金屬相的耐蝕性；同時金屬相的整體含量應(yīng)兼顧金屬陶瓷的導(dǎo)電性和抗腐蝕性。因此，當(dāng)合金的耐蝕性能提升后，金屬相的含量也可以適當(dāng)提高，這將有利于提升惰性陽極的綜合性能。

此外，目前惰性陽極的結(jié)構(gòu)除常規(guī)的長方體和圓柱形結(jié)構(gòu)外，還有豎式、格柵式、深杯式等一些新型結(jié)構(gòu)。這些電極結(jié)構(gòu)在設(shè)計時雖然考慮了電極的加工、連接、更換，以及電解過程中的排氣、電極電位等多方面因素，但在實際應(yīng)用過程中，大多數(shù)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)的惰性陽極都存在表面的電流密度分布不均的現(xiàn)象，在一些尖端、邊緣區(qū)域產(chǎn)生電荷過分聚集，不僅影響電流效率，也容易出現(xiàn)局部過腐蝕現(xiàn)象，破壞陽極表面的結(jié)構(gòu)完整性，從而降低陽極的服役時長。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種具有優(yōu)異耐蝕性能、結(jié)構(gòu)擁有均勻的電流密度分布特征的金屬陶瓷惰性陽極，及其近凈成形制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種鋁電解金屬陶瓷惰性陽極，所述金屬陶瓷惰性陽極的結(jié)構(gòu)呈“T型”，其由電連接金屬導(dǎo)桿以及包覆電連接金屬導(dǎo)桿的金屬陶瓷外殼組成，所述金屬陶瓷外殼的結(jié)構(gòu)為由底部的橢球端和上部的圓柱形垂直桿通過倒圓角連接而成，所述金屬陶瓷外殼由金屬相以及陶瓷相組成，所述金屬相在金屬陶瓷中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％-70％，優(yōu)選為38％-62％，所述金屬相包含Cu、Fe，同時還包含Ni、Cr、Co、 Mn中的至少一種；所述陶瓷相包含NiFe₂O₄基陶瓷。

本發(fā)明所提供的金屬陶瓷惰性陽極，其金屬陶瓷外殼以Fe-Cu合金作為金屬相的主體，同時向金屬相中引入Ni、Co、Cr、Mn元素優(yōu)化合金組分，再結(jié)合本身具有優(yōu)異耐腐蝕性以的NiFe₂O₄基陶瓷，可以獲得使得最終所得金屬陶瓷材料迅速成膜，并可有效抵抗電解質(zhì)的侵蝕，具有抗高溫氧化和熱腐蝕能力，在電解過程中，本發(fā)明通過在金屬相中添加上述元素能夠加快電解過程中電極表面的成膜速度，形成的穩(wěn)定氧化膜穩(wěn)定致密，同時本發(fā)明的金屬陶瓷惰性陽極結(jié)構(gòu)可以使陽極工作面具有均勻的電流密度分布特征，無明顯的電荷尖端聚集現(xiàn)象，在提高陽極的電流效率的同時，能有效防止電極表面因電流分布不均而產(chǎn)生局部腐蝕，本發(fā)明所提供的金屬陶瓷惰性陽極通過成份與結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用大幅提升了抗腐蝕性能。