铝电解用不锈钢表面电镀Ni-Fe涂层的高温腐蚀行为

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惰性阳极,是指在铝电解过程中不消耗或消耗极少的阳极。铝电解发生在高温环境中,冰晶石-氧化铝电解质高温且具有强腐蚀性,因此对阳极的选材方面提出了较高要求。金属合金阳极具有良好的导电性、容易制备、成本较低等优势,但是存在着抗高温氧化性和腐蚀性差的问题,在金属基体上制备一层致密,粘附性较好的防护涂层可有效提高其耐蚀性。本文以提高金属合金惰性阳极的耐蚀性为目的,采用电镀法在SUS430不锈钢表面制备了 Ni-Fe合金涂层,涂层在800℃空气中会热转化为保护性氧化物层。研究电镀Ni-Fe合金涂层不锈钢和基体不锈钢的高温氧化行为,利用XRD、SEM/EDS对氧化及电解后样品的物相结构和形貌进行表征分析,对比研究了电镀Ni-Fe合金涂层阳极和基体不锈钢阳极在800℃电解过程中的腐蚀行为。研究结果如下:利用电镀法在不锈钢表面成功制备了 4种不同厚度的Ni-Fe合金涂层,电镀时间为10 min、15 min、20 min 和 25 min 时,涂层厚度分别约为 5 μm、8 μm、10 μm 和 13 μm,涂层均匀且与基体结合良好。对于电镀Ni-Fe合金涂层不锈钢和基体不锈钢,800℃氧化行为表明,涂层和基体不锈钢的氧化主要集中在前5 h,此后增重趋于平缓。氧化25 h后,不同镀层厚度的Ni-Fe合金涂层样品表面氧化膜形成不同结构,电镀10 min、15 min涂层样品表面氧化膜由内至外依次为:内层Cr2O3、中间层(Ni,Fe)3O4和外层Fe2O3。电镀20 min、25 min涂层样品表面氧化膜由内至外依次为:内层Cr2O3,中间层NiO、(Ni,Fe)3O4,外层Fe2O3。而未镀涂层的基体不锈钢表面形成Cr2O3,MnCr2O4双层氧化膜。对比研究不同电镀时间Ni-Fe合金涂层样品,选择电镀15min和电镀20min涂层不锈钢用作惰性阳极。对基体不锈钢阳极、电镀15 min和电镀20 min涂层阳极进行了电解实验。通过对电解后阳极进行断面的SEM/EDS面扫描和XRD分析,电镀20 min涂层阳极的腐蚀层更加致密,电阻较大,致使其槽电压大于电镀15 min涂层阳极和基体不锈钢的槽电压。基体不锈钢阳极腐蚀产物主要是Cr2O3和Fe2O3,腐蚀层比较疏松。与其不同的是电镀Ni-Fe涂层阳极表面腐蚀产物含有保护性的Cr2O3、(Ni,Fe)3O4、Fe2O3氧化膜,其中(Ni,Fe)3O4在冰晶石熔盐中的溶解度较小,可以缓解电解质对基体的侵蚀。说明电镀Ni-Fe涂层增强了阳极的耐腐蚀性。研究Ni-Fe涂层阳极的电解过程发现,电解30 min后,两者腐蚀层均出现不同程度的裂缝。随着电解时间的延长,电镀15 min涂层阳极在基体和腐蚀层界面处积聚大量氟盐,电镀20 min涂层阳极氧化膜相对致密,腐蚀层和基体界面氟盐含量较少;综上所诉,电镀20min阳极的抗腐蚀效果优于电镀15 min涂层阳极,基体不锈钢阳极抗腐蚀效果最差。
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