论文部分内容阅读
本论文针对当前铝电解用惰性阳极钢制导杆目前存在的抗高温氧化性能差,表面氧化膜易开裂和剥落,与阳极连接界面易开裂等问题,以获得结构稳定、抗氧化及耐蚀性能较强的金属导杆材料为研究目标。本文采用粉末冶金法和熔铸法对惰性阳极导杆材料的成分进行研究,探讨了几种Ni基合金在高温下的氧化过程及机理,并采用电解实验方法考察极端条件下材料的氧化腐蚀行为。获得如下结论：1、PM法制备的Ni-20Cu-10Fe-5Al合金,其致密度随着压制压力提高略微有所增加,1300℃烧结样品孔隙度最小,而温度过高样品出现了过烧现象,样品的孔隙度增加。最终确定制备该类Ni基合金的烧结温度为1300℃,所得样品致密度为93.5%,晶粒尺寸为10-20μm。2、优化Cu.Al元素配比,可以在合金表面形成连续的保护性氧化膜。其中,Ni-10Cu-10Fe-7Al成分合金具有较好的抗氧化性能,其氧化膜有较好的抗热震性能,合金在850℃和900℃氧化时,生成了薄且致密的氧化膜。该氧化膜层次清晰：外层为富Ni的复合氧化物层；中间层为富Fe/Ni的混合氧化层,并含有一定量的岛状尖晶石相；内层为连续致密的A1203层；由于连续的A1203层和岛状的尖晶石相结构致密,能有效阻碍离子的扩散,从而有效抑制了合金的氧化速率。中间层贫Cu区以及靠近氧化界面的基体区域出现贫A1区,这是氧化中出现选择性氧化的结果。3、均匀化退火处理后的熔铸Ni-10Cu-10Fe-7Al合金在900℃空气中氧化24h后,增重为2.7mg/cm2,氧化膜厚度为10μm。氧化膜厚度随着氧化时间的增加变化不大,说明生成的致密氧化膜有效阻碍了元素相互扩散,起到了较好的保护作用,合金抗氧化性能较好。相对于PM法制备的同成分合金,熔铸法制备的合金具有更高的致密度和较好的组织均匀性,生成的表面氧化膜更薄,氧化界面更规整和平滑,膜层结构更致密。4.NiFeCrSn合金在960℃氧化时,氧化膜厚度随时问增加增长较快,2d后的氧化膜厚度就达到了40-60μm,20d氧化膜内存在较多孔洞,基体出现了内氧化现象。氧化膜主要由NiO和NiFe2O4尖晶石相组成。NiO的含量随着氧化时间延长增加较快。5、对预氧化后的NiFeCrSn作为阳极进行电解实验,研究发现材料的电解工作面、电解质熔体浸渍区和电解质气氛腐蚀区氧化腐蚀性能存在差异,其中电解质熔体浸渍区腐蚀最为严重。材料在发生内氧化的同时,外层富Sn氧化膜可以再生。