[发明专利]一种镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，具体为一种镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料，适用于金属铝等熔盐电解行业。

背景技术

从Hall等发明铝电解技术一百多年来，铝冶炼技术虽然在电解工艺上已有许多重大进步。但价格昂贵的自耗式炭阳极还未能取代，给人们带来了极大的压力。现有的消耗碳阳极存在的缺点有：

1、消耗大量的优质焦炭、石油焦；

2、排放大量的温室气体和有毒气体，如CO₂、CF₄、CF₆和HF等；

3、阳极更换费用高、劳动强度大。

当Hall发明铝电解工艺时就提出了用惰性阳极的设想，从电解式：2Al₂O₃→4Al+3O₂看出采用惰性阳极将避免CO₂等气体的排放，环保又低成本的效益对铝工业来说有着巨大的诱惑。目前研究较多的惰性阳极材料主要包括陶瓷材料、金属陶瓷材料和金属合金材料。由于陶瓷材料和金属陶瓷有着本身难以克服的缺陷，如导电性和抗热震性能差、不易连接、难以加工成形等，而金属合金没有以上缺陷，是最具有希望成为惰性阳极的候选材料之一。

美国专利US4956068、US5069771描述了以镍基超合金(如：In、Mo等)作为基体，外层为合金涂层，其组成质量百分比为：55～90％的Ni/Co/Fe、10～30％的Cr、15％左右的Al、Ti、Zr、Y、Hf、Nb，外层金属涂层经表面氧化后形成氧化物陶瓷层，可以阻挡氧原子向内部扩散。

美国专利US6562224描述了一种用于铝电解槽用惰性阳极的制作方法，该阳极由Ni-Fe基体组成，放入电解槽之前在1000～1100℃空气中或氧气氛围中预氧化。在Ni-Fe基体表面形成一层铁的氧化物层(如Fe₂O₃)，该外层对氧离子具有差的导通性，同时对游离氧原子具有单方向导通性，在电解过程中可以减少氧气扩散至Ni-Fe基体内部。

美国专利US20050205431A1描述了一种镍基合金阳极，其组成元素质量百分比为：20～60％的镍，5～15％的铁，1.5～5％的铝，0～2％的稀土元素，0～2％的其他元素，如：Mn、Si、C等，剩余为Cu，保持Cu/Ni比为0.2～0.3。该合金采用砂型铸造，在电解过程中原位生成0.1～1.0mm厚的氧化物保护膜。

虽然对惰性阳极材料开展了广泛深入的研究和探索，但目前仍然没有成功的惰性阳极材料进入工业应用。尽管镍铁基合金是重要的耐腐蚀材料，氧化形成的镍铁尖晶石在电化学腐蚀中具有良好的局部腐蚀以及应力腐蚀等性能，其综合耐腐蚀能力，适宜于现代工业技术下苛刻坏境，但该合金惰性阳极材料在抗氧化性能上仍然需要提高。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明目的是提供一种抗氧化性、耐腐蚀的镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料，可以减少污染，适用于熔盐电解槽惰性阳极材料。

本发明的技术方案是：

一种镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料，其特征在于，该阳极材料的质量百分组成包括：5～70％的Ni，10～70％的Fe，5～65％的Cu，3～55％的Cr，1～12％的Co，1～5％的Al。

所述的镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料，该阳极材料的质量百分组成还包括0.1～2％的活性元素，La、Y、Ce、Hf等中的一种或两种以上的混合。

所述的镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料，该阳极材料的质量百分组成还包括0～10％的合金化元素，合金化元素为Mo、W、Ti、Nb、V、Mn、Sn、Ag、Ta中的一种合金元素或两种以上的组合。

所述的镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料，该阳极材料进一步热处理，以优化材料微观组织，细化晶粒，提高合金的高温抗氧化性能和耐电解质腐蚀性能。

所述的镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料，该阳极材料在800～1100℃高温的空气或有氧气氛环境中，通过预氧化生成均匀致密的氧化层，氧化层由铁酸镍、铁酸钴的尖晶石结构和氧化镍、氧化铬、氧化铜和氧化铁组成。

所述的镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料，氧化形成的相应金属氧化物，高温时有半导体特性。

本发明的优点及有益效果是：

(1)本发明的合金材料有耐腐蚀、低溶解度，同时镍铁基合金与氧反应形成致密而又连续的氧化物保护层，能够有效降低氧的内扩散，为阳极提供了稳定的防氧化保护层，并具有良好的导电性；