[发明专利]一种铝电解金属陶瓷惰性阳极及其近净成形制备方法

说明书

本发明公开了一种金属陶瓷惰性阳极及其近净成形制备方法，所述金属陶瓷惰性阳极的结构呈“T型”，其由电连接金属导杆以及包覆电连接金属导杆的金属陶瓷外壳组成，所述金属陶瓷外壳由金属相以及陶瓷相组成，所述金属相包含Cu、Fe，同时还包含Ni、Cr、Co、Mn中的至少一种；所述陶瓷相包含NiFe₂O₄基陶瓷。所述金属陶瓷惰性阳极通过凝胶铸膜或3D打印净成形。本发明通过在金属相中添加合金化元素能够加快电解过程中电极表面的成膜速度，形成的稳定氧化膜稳定致密，同时本发明的金属陶瓷惰性阳极结构可以使阳极工作面具有均匀的电流密度分布，本发明所提供的金属陶瓷惰性阳极通过成份与结构的协同作用大幅提升了抗腐蚀性能。

技术领域

本发明属于铝电解的技术领域，具体涉及一种金属陶瓷惰性阳极及其近净成形制备方法。

背景技术

惰性阳极技术可降低电解铝生产成本，节能增产，且环境友好，它的研发和应用将带来传统铝电解工业的技术革命。通过材料制备技术和电解工艺条件的优化，NiFe₂O₄基金属陶瓷惰性阳极在具备较好导电性能的同时，耐高温熔盐腐蚀性能也有较大改善。金属陶瓷中金属相的合金成分和含量对阳极的耐蚀性能起决定作用，同时阳极的结构及其在电解槽中的排布方式对电极表面的电位和电流分布也有一定影响，而表面电流密度的不均匀分布可能会引起阳极局部的过度腐蚀，从而影响电极的使用寿命。

目前，铝电解惰性阳极金属陶瓷材料中的金属相以Cu、Fe、Ni 金属及Cu-Ni、Fe-Ni基合金居多，在使用过程中，Cu、Fe金属的腐蚀及剥离速率决定了电极的使用寿命。为降低金属陶瓷的腐蚀速率，一方面应优化合金成分，提高金属相的耐蚀性；同时金属相的整体含量应兼顾金属陶瓷的导电性和抗腐蚀性。因此，当合金的耐蚀性能提升后，金属相的含量也可以适当提高，这将有利于提升惰性阳极的综合性能。

此外，目前惰性阳极的结构除常规的长方体和圆柱形结构外，还有竖式、格栅式、深杯式等一些新型结构。这些电极结构在设计时虽然考虑了电极的加工、连接、更换，以及电解过程中的排气、电极电位等多方面因素，但在实际应用过程中，大多数现行结构的惰性阳极都存在表面的电流密度分布不均的现象，在一些尖端、边缘区域产生电荷过分聚集，不仅影响电流效率，也容易出现局部过腐蚀现象，破坏阳极表面的结构完整性，从而降低阳极的服役时长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种具有优异耐蚀性能、结构拥有均匀的电流密度分布特征的金属陶瓷惰性阳极，及其近净成形制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种铝电解金属陶瓷惰性阳极，所述金属陶瓷惰性阳极的结构呈“T型”，其由电连接金属导杆以及包覆电连接金属导杆的金属陶瓷外壳组成，所述金属陶瓷外壳的结构为由底部的椭球端和上部的圆柱形垂直杆通过倒圆角连接而成，所述金属陶瓷外壳由金属相以及陶瓷相组成，所述金属相在金属陶瓷中的质量分数为20％-70％，优选为38％-62％，所述金属相包含Cu、Fe，同时还包含Ni、Cr、Co、 Mn中的至少一种；所述陶瓷相包含NiFe₂O₄基陶瓷。

本发明所提供的金属陶瓷惰性阳极，其金属陶瓷外壳以Fe-Cu合金作为金属相的主体，同时向金属相中引入Ni、Co、Cr、Mn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，在电解过程中，本发明通过在金属相中添加上述元素能够加快电解过程中电极表面的成膜速度，形成的稳定氧化膜稳定致密，同时本发明的金属陶瓷惰性阳极结构可以使阳极工作面具有均匀的电流密度分布特征，无明显的电荷尖端聚集现象，在提高阳极的电流效率的同时，能有效防止电极表面因电流分布不均而产生局部腐蚀，本发明所提供的金属陶瓷惰性阳极通过成份与结构的协同作用大幅提升了抗腐蚀性能。