[发明专利]一种提高金属陶瓷惰性阳极耐高温熔盐腐蚀性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，涉及一种提高金属陶瓷惰性阳极耐高温熔盐腐蚀性能的方法。

背景技术

由于金属相和陶瓷相腐蚀性能的差异，金属陶瓷惰性阳极在高温熔盐电解质中电解时(如电解铝)容易造成金属相相比陶瓷相优先腐蚀，从而引起电解质渗透，材料肿胀和开裂等问题，因此需采取有效方法提高其耐高温熔盐腐蚀性能。目前解决的方法主要有降低金属相成分配比、金属相表面包覆陶瓷(201110146867.4)、优化制备工艺和加入添加剂强化晶界(ZL200910304091.7)等方法来避免金属相的优先腐蚀。本发明提出一种提高金属陶瓷惰性阳极耐高温熔盐腐蚀性能的方法，特别针对尖晶石型金属陶瓷惰性阳极材料，通过控制一定的电解腐蚀条件使金属陶瓷惰性阳极表面形成致密尖晶石型氧化物层后，能达到表层致密尖晶石型氧化物陶瓷腐蚀与金属陶瓷惰性阳极内部(即金属陶瓷惰性阳极和致密尖晶石型氧化物陶瓷层的界面处)连续形成新的致密尖晶石型氧化物陶瓷层的动态腐蚀平衡，保持其致密尖晶石型氧化物陶瓷层厚度范围为5-200μm，避免金属陶瓷惰性阳极内部受高温熔盐的进一步腐蚀以及防止高温熔盐的进一步渗透，提高金属陶瓷惰性阳极在高温熔盐中的腐蚀性能，从而达到惰性阳极耐高温熔盐腐蚀的目的。挪威的Odd-Arne Lorentsen and Jomar Thonstad经过50小时的铝电解实验首先发现，金属被腐蚀后的惰性阳极表面更加致密，在这个区域内没有孔洞。Olsen等研究了三种不同NiO含量的NiFe₂O₄基金属陶瓷的熔盐腐蚀行为，电解50h后阳极底部均形成了致密层，但均未对其形成的产物及其原因进行进一步的研究，也未对致密层的动态演变行为作进一步研究。本发明研究检测该致密层为NiFe₂O₄-NiAl₂O₄-FeAl₂O₄，且电解时通过控制一定电解条件，使得在电解过程中金属陶瓷阳极表面形成致密层NiFe₂O₄-NiAl₂O₄-FeAl₂O₄后，虽然表面致密层不断溶解腐蚀，但金属陶瓷阳极内部(即金属陶瓷惰性阳极和致密尖晶石型氧化物陶瓷层的界面处)又不断形成新的致密尖晶石型氧化物陶瓷层，从而达到表层腐蚀与内部形成这样的动态腐蚀平衡，而且因为致密层太薄，其耐腐蚀性能达不到要求，而太厚，由于NiAl₂O₄和FeAl₂O₄的电导率低于NiFe₂O₄，将影响阳极表层导电性能，因此须保证导电性能的前提下保证致密层厚度适中，且动态形成与腐蚀，从而达到抑制电解质对惰性阳极组元腐蚀的目的，为下一步开展惰性电极铝电解工程化电解试验提供支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高金属陶瓷惰性阳极耐高温熔盐腐蚀性能的方法。利用该方法，金属陶瓷惰性阳极表面始终能够保持合适厚度的致密尖晶石型氧化物陶瓷层，可以经受长期的高温氟化物熔盐的腐蚀，并可保证惰性阳极在铝电解中平稳运行，解决现有铝电解用金属陶瓷惰性阳耐高温熔盐腐蚀有待提高的问题。

一种提高金属陶瓷惰性阳极耐高温熔盐腐蚀性能的方法，是通过电解腐蚀使金属陶瓷惰性阳极表面形成致密尖晶石型氧化物陶瓷层，能达到表面的致密尖晶石型氧化物陶瓷层腐蚀，与金属陶瓷惰性阳极和致密尖晶石型氧化物陶瓷层的界面处连续形成新的致密尖晶石型氧化物陶瓷层的动态腐蚀平衡，保持致密尖晶石型氧化物陶瓷层厚度范围为5-200μm；

所述的致密尖晶石型氧化物为MFe₂O₄和MAl₂O₄的复合尖晶石，M为Ni、Cu、Mn、Zn和Co中的一种或几种；

所述的电解腐蚀具体过程为：

将金属陶瓷惰性阳极置入电解质中进行电解腐蚀，电解质组成Na(K)₃AlF₆-AlF₃-CaF₂-Al₂O₃，其初晶温度为790-947℃，氧化铝占3wt％-7.5wt％，过热度10-50℃，电解温度：800-960℃，电解时间不少于5h，电流密度范围为0.2-2A/cm²。