NiFe 2 O 4 基惰性阳极熔盐腐蚀行为及力学性能研究

发布时间：2024-03-09 16:51

　　现行铝电解仍采用Hall-Heroult法,采用这种传统的铝冶金技术不但能耗高,而且污染大,释放出大量的CO2温室效应气体和CF4、C2F6、SO2、CS2、H2S等有毒气体,这与当今社会发展低碳经济的主题相悖。惰性阳极材料因在电解过程中不参与电化学反应,能避免上述问题的发生而成为研究热点。目前,作为最具工业化应用前景的NiFe2O4基陶瓷材料具有优良的耐熔盐腐蚀性能,但因抗热震性和导电性差而使其应用受到限制。本文向NiFe2O4基体材料中加入Zr02颗粒改善阳极材料的抗热震性和金属提高阳极材料的导电性,并模拟工业铝电解环境对相应的阳极材料进行电解实验,对电解后阳极材料的腐蚀行为进行了相关的研究。考察NiO含量对NiFe2O4陶瓷惰性阳极材料和NiFe2O4金属陶瓷惰性阳极材料的显微形貌和力学性能的影响。结果表明,当NiO添加量大于5%时,不利于NiFe2O4陶瓷惰性阳极材料的致密,当NiO添加量为40%时,阳极材料的抗弯强度达到最小值27MPa,与NiO含量为5%的阳极材料的抗弯强度相比下降了60.87%。NiO能促进17%(Cu-Ni)/NiFe2O4金属陶瓷惰性阳极材料的烧结性能...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 惰性阳极材料的优点
    1.3 惰性阳极材料的选材要求
    1.4 陶瓷惰性阳极材料的研究进展
    1.5 金属陶瓷惰性阳极材料的研究进展
    1.6 本文主要研究内容
第2章 研究方法
    2.1 试样原料及设备
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验设备
    2.2 合成NiFe₂O₄基体材料的制备方法
        2.2.1 配料
        2.2.2 球磨混料
        2.2.3 烘干
        2.2.4 研磨造粒
        2.2.5 冷压成型
        2.2.6 烧结
    2.3 NiFe₂O₄惰性阳极的制备
    2.4 NiFe₂O₄惰性阳极性能检测方法
        2.4.1 密度与气孔率的测定
        2.4.2 抗弯强度的测试
        2.4.3 断裂韧性的测试
        2.4.4 抗热震性
        2.4.5 电解质对NiFe₂O₄基惰性阳极材料润湿性的测试
        2.4.6 导电性
        2.4.7 耐腐蚀性
        2.4.8 材料的物相分析
        2.4.9 材料的显微结构
第3章 NiFe₂O₄基惰性阳极力学性能研究
    3.1 引言
    3.2 NiO/NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极的实验结果
        3.2.1 过量NiO对NiFe₂O₄惰性阳极微观形貌的影响
        3.2.2 过量NiO对NiFe₂O₄惰性阳极抗弯强度的影响
        3.2.3 过量NiO对NiFe₂O₄惰性阳极抗热震性的影响
    3.3 NiO/NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极的实验结果
        3.3.1 过量NiO对NiFe₂O₄金属陶瓷微观结构的影响
        3.3.2 过量NiO对NiFe₂O₄金属陶瓷抗弯强度的影响
        3.3.3 过量NiO对NiFe₂O₄金属陶瓷抗热震性的影响
    3.4 烧结气氛对NiFe₂O₄基金属陶瓷惰性阳极性能的研究
        3.4.1 热力学计算NiFe₂O₄基金属陶瓷体系内的氧分压
        3.4.2 烧结气氛对17%Cu-NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极的影响
        3.4.3 烧结气氛对17%NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极的影响
        3.4.4 烧结气氛对17%(Cu-Ni)-NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极的影响
        3.4.5 17%(Cu-Ni)-NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极导电性的研究
    3.5 本章小结
第4章 电解质对NiFe₂O₄惰性阳极润湿性的研究
    4.1 引言
    4.2 电解质对阳极润湿性的研究
        4.2.1 电解质对炭阳极润湿性的研究
        4.2.2 电解质对NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极润湿性的研究
        4.2.3 电解质对17%Cu-NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极润湿性的研究
        4.2.4 电解质对17%Ni-NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极润湿性的研究
        4.2.5 电解质对17%(Cu-Ni)-NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极润湿性的研究
    4.3 本章小结
第5章 NiFe₂O₄基惰性阳极腐蚀速率研究
    5.1 引言
    5.2 NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极静态腐蚀速率
    5.3 20%NiO-NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极静态腐蚀速率
    5.4 NiFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极静态腐蚀速率
    5.5 电解操作参数对17%(Cu-Ni)-NiFe₂O₄阳极材料腐蚀速率的影响
        5.5.1 Al₂O₃浓度对阳极腐蚀速率的影响
        5.5.2 CR对阳极腐蚀速率的影响
        5.5.3 电流密度对阳极腐蚀速率的影响
    5.6 本章小结
第6章 NiFe₂O₄基惰性阳极熔盐腐蚀行为的研究
    6.1 引言
    6.2 NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极电解腐蚀行为研究
        6.2.1 实验原料
        6.2.2 电解反应原理
        6.2.3 电解过程
        6.2.4 电解实验结果及分析
    6.3 17%(Cu-Ni)/(20NiO-NiFe₂O₄)金属陶瓷惰性阳极电解腐蚀行为
        6.3.1 空气中烧结的金属陶瓷惰性阳极电解腐蚀行为
        6.3.2 可控气氛中烧结的金属陶瓷惰性阳极材料电解腐蚀行为
        6.3.3 腐蚀机理分析
    6.4 本章小结
第7章 ZrO₂/NiFe₂O₄惰性阳极材料的研究
    7.1 引言
    7.2 ZrO₂/NiFe₂O₄惰性阳极物相分析
    7.3 ZrO₂/NiFe₂O₄惰性阳极微观结构
    7.4 ZrO₂/NiFe₂O₄惰性阳极力学性能研究
    7.5 ZrO₂/NiFe₂O₄惰性阳极抗热震性的研究
    7.6 ZrO₂/NiFe₂O₄惰性阳极静态腐蚀速率的研究
    7.7 ZrO₂/NiFe₂O₄惰性阳极电解腐蚀的研究
    7.8 本章小结
第8章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文
作者简介



本文编号：3923642