【摘 要】
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惰性阳极在铝电解过程中不消耗或者微量消耗。电解总反应为:Al2O3=2Al+3/2O2电解过程中没有碳的消耗,生成了氧气。因此惰性阳极具有节能、减少环境污染等优越性。惰性阳极研究的核心在于材料的耐腐蚀性能。惰性阳极的腐蚀不仅与其本身的成分、结构有关,还与电解条件有关。金属合金阳极成本较低、容易制备、易成型的优点。因此本论文围绕金属合金阳极展开研究。本文研究了 Ni-Fe、Ni-Fe-10Cr、Ni
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惰性阳极在铝电解过程中不消耗或者微量消耗。电解总反应为:Al2O3=2Al+3/2O2电解过程中没有碳的消耗,生成了氧气。因此惰性阳极具有节能、减少环境污染等优越性。惰性阳极研究的核心在于材料的耐腐蚀性能。惰性阳极的腐蚀不仅与其本身的成分、结构有关,还与电解条件有关。金属合金阳极成本较低、容易制备、易成型的优点。因此本论文围绕金属合金阳极展开研究。本文研究了 Ni-Fe、Ni-Fe-10Cr、Ni-Fe-15Cr三种合金阳极在铝电解过程中的腐蚀行为。对比研究了预氧化和未预氧化合金分别在960℃和800℃电解过程中的腐蚀行为。运用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）等检测技术对预氧化和电解后的合金进行分析,对比研究了三种合金阳极在电解过程中的抗氧化性能和腐蚀行为。研究结果如下:在960℃氧化10h后,Ni-Fe合金表面氧化物的外层是Fe2O3,内层是（Ni,Fe）3O4,氧化膜较厚。Ni-Fe-Cr合金表面氧化物的外层为Fe2O3、中间层为（Ni,Fe）3O4,内层为Cr2O3。Ni-Fe-10Cr合金氧化10h后形成约4 μm的Cr2O3内层。Ni-Fe-15Cr合金氧化10h后,内层的Cr2O3层约8 μm,但氧化膜总厚度最小,说明Ni-Fe-15Cr合金在空气中的抗氧化性能最好。通过电解后合金阳极的形貌观察,发现在800℃电解时合金阳极的腐蚀程度比960℃电解时要弱很多,说明低温电解能够降低合金的腐蚀。在960℃电解时发现槽电压趋于稳定后,预氧化合金阳极的槽电压要高于未预氧化合金阳极的槽电压。因为预氧化合金阳极表面的氧化膜更致密,导致电阻增大,因此槽电压较高。在800℃电解时当槽电压稳定后,未预氧化合金阳极的槽电压高于预氧化合金阳极的槽电压。因为未预氧化合金阳极表面没有氧化物的保护,使其表面生成了较多导电性较差的氟化物,从而使槽电压增大。在960℃和800℃电解,预氧化合金阳极与未预氧化合金阳极的槽电压差别都不超过0.7 V,表明预氧化的三种合金阳极具有良好的导电性。通过断面的SEM/EDS面扫描和XRD分析,合金阳极在960℃和800℃电解后,预氧化的合金阳极表面的氧化物层比较致密,而且氧化物层下面的合金基体中含有较少的F、O等元素,说明其抗腐蚀效果较好,因此电解前合金阳极进行预氧化处理有利于提高其耐腐蚀和抗氧化性能。Ni-Fe合金阳极表面腐蚀产物的外层主要是（Ni,Fe）3O4和Fe2O3,并粘有少量的电解质如Na3AlF6和AlF3等。与其不同的是Ni-Fe-10Cr、Ni-Fe-15Cr合金阳极表面腐蚀产物的内层有Cr2O3。Ni-Fe-Cr合金阳极在基体内含有较少的O元素,说明生成的Cr2O3能够有效提高阳极的抗氧化性能。因此在电解过程中Ni-Fe-Cr合金阳极的表面能够形成双层氧化物,内层为抗氧化性Cr2O3,外层为抗腐蚀的（Ni,Fe）3O4。Ni-Fe-15Cr合金阳极基体和氧化层之间有较大缝隙,不利于其耐电解质腐蚀和提高抗氧化性。Ni-Fe-10Cr合金阳极基体和氧化层结合较好,氧化层更加致密,因此耐电解质腐蚀和抗氧化性能都较好。综上所述预氧化Ni-Fe-10Cr合金阳极在800℃电解时表现出较好的性能。
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