Al3Ti基惰性陽極的制備及性能研究.pdf

1、惰性陽極具有可提高電解槽自動化程度、節(jié)省優(yōu)質(zhì)炭素、不排放CO2溫室氣體等優(yōu)點，能夠克服傳統(tǒng)鋁電解的環(huán)保和經(jīng)濟問題，因而成為鋁業(yè)界的研究重點和熱點。研究者們進行了大量的研究和嘗試力圖尋求符合鋁電解工業(yè)應用的惰性陽極材料。本文選用金屬間化合物Al3Ti和Al3Ti-Cu作為研究對象，探求其用作新型動態(tài)陽極的可能性。
　　采用真空感應熔煉法制備Al3Ti合金陽極，XRD和SEM分析表明合金鑄錠中金屬大部分以Al3Ti形式存在，且鑄錠成分

2、均勻。此外，采用真空碳管爐熔煉Al3Ti-Cu合金，XRD分析表明鑄錠中金屬大部分以Al3Ti、Al和TiCu的形式存在。
　　將Al3Ti試樣分別在不同氧氣濃度和不同溫度中進行恒溫氧化實驗，得到了氧化動力學曲線;考察了溫度、氧氣濃度及氧化時間對Al3Ti合金氧化的影響;氧化后試樣表面形成了氧化膜，XRD和SEM分析表明其主要成分為Al2O3，膜厚為5～8μm; Al3Ti合金陽極的恒溫氧化動力學遵循立方規(guī)律，具有優(yōu)異的抗氧化性能

3、。
　　計算了Al3Ti合金陽極在不同溫度下的氧化動力學常數(shù);在靜態(tài)空氣中隨溫度升高，氧化動力學常數(shù)增大，即氧化速率增大，說明提高溫度加速了陽極的氧化。在900℃時，Al3Ti合金在氧氣氣氛中的氧化速率大于空氣中的氧化速率。此外，在1000℃下，延長氧化時間對氧化膜的影響很小，成分基本一致，膜厚略微增加，故延長氧化時間對Al3Ti試樣的膜厚無明顯貢獻。
　　對氧化前后陽極形貌進行對比發(fā)現(xiàn)，氧化前Al3Ti晶粒分布均勻，晶粒之

4、間縫隙較小，Al存在于縫隙之間，晶粒取向不統(tǒng)一;氧化后，Al3Ti晶粒發(fā)生了聚集和長大，晶粒變得更加有序，定向排列的Al3Ti晶粒間形成了金屬鋁的擴散通道，該通道直接指向試樣外表面。鋁通過擴散達到試樣的表面被氧化成氧化鋁，形成氧化層保護電極免受電解質(zhì)腐蝕。
　　對Al3Ti-Cu合金在900℃下進行了12小時空氣中恒溫氧化實驗。對氧化后試樣進行XRD分析，表明有Al2O3和CuO生成。SEM分析表明試樣表面形成了氧化膜，且膜厚為1

5、0～15μm。
　　對Al3Ti試樣進行了非極化腐蝕實驗，計算其腐蝕速率為0.656mg/cm2·h;并對制備的陽極進行電解實驗，分析電解過程，確定有“惰性”電解過程發(fā)生;對電解前后陽極物相和形貌的分析發(fā)現(xiàn)，陽極尺寸變化不是很大，陽極表面出現(xiàn)一層腐蝕層，有電解質(zhì)浸入，說明在電解過程中氧化膜的溶解速度大于生成速度。
　　對Al3Ti及Al3Ti-Cu陽極試樣進行了電化學腐蝕實驗，采用動電位掃描法在不同Al2O3濃度下得到了極化

6、曲線。Al3Ti陽極在Al2O3濃度不飽和情況下，生成不穩(wěn)定的Al2O3鈍化膜，溶解速度大于生成速度，但在飽和Al2O3濃度下可以形成穩(wěn)定’的鈍化膜保護陽極基體，并析出氧氣，說明Al3Ti合金是“惰性”的，其臨界鈍化電流密度為8.6A/cm2，臨界鈍化電位為2.5V。
　　對Al3Ti-Cu合金陽極在飽和Al2O3濃度下測試得到了極化曲線，其臨界鈍化電流密度為5.2A/cm2，明顯小于Al3Ti合金陽極，說明Al3Ti-Cu合金的