[发明专利]一种铝电解惰性阳极用金属陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝电解惰性阳极用金属陶瓷材料及其制备方法，所述金属陶瓷材料由金属相以及陶瓷相组成；所述金属相在金属陶瓷材料的质量分数为20％‑70％，优选为38％‑62％，所述金属相包含Fe、Cu、Ni，同时还包含Cr、Co、Mn中的至少一种，所述陶瓷相包含NiFe₂O₄基陶瓷，本发明在已有的Fe‑Cu‑Ni合金体系中引入的Cr、Co、Mn合金元素对金属相的耐蚀层形成具有一定的促进作用，从而能够提高金属陶瓷的耐蚀性能。由于合金相的耐蚀能力得到提升，金属陶瓷中的合金相含量可以提升至50％以上，更高的合金含量可以提高金属陶瓷材料烧结活性，通过配合合适的制备工艺，能够获得具有更高致密度的电极材料。

技术领域

本发明涉一种金属陶瓷复合材料，特别是一种具有更高抗腐蚀性能的铝电解惰性阳极用金属陶瓷材料。

背景技术

为抑制铝电解过程的温室效应和实现污染气体的排放，以惰性阳极为核心的铝电解技术是铝工业升级换代、追求绿色发展的战略性支撑技术。上世纪90年代至今，国内外铝行业科研工作者虽然进行了大量的相关研究，至今仍没有可供工业化的惰性阳极问世，阳极材料的耐蚀性能及腐蚀抑制技术一直未得到有效的解决。NiFe₂O₄基金属陶瓷因在高温熔盐中良好的热稳定性和耐蚀性而受到研究人员的青睐，但陶瓷的均一性、抗热震性及导电性要远低于合金阳极，必须通过添加金属或合金元素加以改善，但过多合金相的存在又会损失材料的部分耐腐蚀性能。因此，选择合适的合金相体系及整体含量对NiFe₂O₄基金属陶瓷的应用起到至关重要的作用。

目前，铝电解惰性阳极金属陶瓷材料中的金属相以Cu-Ni、Fe-Ni基合金居多，但大多会在使用中出现Fe、Cu的优先腐蚀而影响电极的使用寿命，同时也限制了金属陶瓷中合金成分的含量，使金属陶瓷的致密度和导电性难以进一步提升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属相含量较高，且同时兼具优异耐蚀性能、致密度和导电性的铝电解惰性阳极用金属陶瓷材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种铝电解惰性阳极用金属陶瓷材料，所述金属陶瓷材料由金属相以及陶瓷相组成；所述金属相在金属陶瓷材料的质量分数为20％-70％，优选为38％-62％，所述金属相包含Fe、Cu、Ni，同时还包含Cr、Co、Mn中的至少一种，所述陶瓷相包含NiFe₂O₄基陶瓷。

本发明的所提供的金属陶瓷材料，以Fe-Cu-Ni合金作为金属相的主体，发明人发现，通过向合金相中引入Co、Cr、Mn等合金元素优化合金组分，再结合本身具有优异耐腐蚀性以的NiFe₂O₄基陶瓷，可以获得使得最终所得金属陶瓷材料迅速成膜，并可有效抵抗电解质的侵蚀，具有抗高温氧化和热腐蚀能力。

发明人发现，将金属相的含量控制在本发明的范围内，可以在电解过程中形成稳定氧化膜，与氧化物陶瓷相共同形成具有良好耐腐蚀性能的致密保护层。

而在金属相中，引入Cr、Co、Mn的至少一种金属元素，一方面能够补充电解过程中流失的金属元素，同时能够在一定程度上改善合金相的耐腐蚀能力，提高合金的导电能力，以及耐高温性等其他性能。

优选的方案，所述金属相中，Fe的质量分数为30％-80％，优选为45％-60％；Cu的质量分数为5％-50％，优选为10％-20％；Ni的质量分数为5％-50％，优选为5％-20％；所述金属相中，Cr、Co、Mn的质量分数之和20％。

进一步的优选，所述金属相中，Cr的质量分数≤12％、Co的质量分数≤10％、Mn的质量分数≤5％。