一种镍基合金表面耐腐蚀膜层的制备方法

：本发明涉及冶金熔盐电解领域，尤其涉及了惰性阳极的制备及高温铝电解。

背景技术：

0、技术背景：

1、目前，全球铝电解工业生产原铝使用的工艺为霍尔-埃鲁特熔盐电解法，简称h-h法。该方法的原理是将al2o3溶解于960℃的na3alf6熔盐中，以碳素材料分别作为电解槽的阴极和阳极，并导通直流电源，熔盐中的铝离子在阴极上发生还原反应从而得到熔融态铝，含氧络合离子在碳素阳极上发生氧化反应，主要产生co2气体。

2、现代铝电解工业，尽管在设备和工艺等方面都取得了很大的进步，但霍尔-埃鲁特法基本工艺和碳素阳极电解的基本原理并没有发生变化，该方法仍存在其固有缺点。(1)成本高昂。碳阳极的基础原料为石油焦，它是一种价格昂贵的优质化工原料，生产成本高。(2)污染环境。铝电解过程中消耗的碳素阳极会形成温室气体排放到大气。据计算，生产1顿原铝大约需要生产1.5-1.8t的co2。此外电解过程中会产生氟碳化物(hf、cf4、c2f6)、硫化物(so2、cos、h2s、cs2)和沥青烟气等有害气体。(3)高能耗。用碳阳极电解铝时，理论能耗为6.3kwh/kg·t-1(电流效率以100％计算)，而在实际生产中，大型电解槽的电能消耗量却达到了13.6kwh/kg·t-1，为理论值的2.13倍。(4)劳动强度大。由于碳阳极的消耗，在电解铝生产过程中，电解槽需要定期更换碳阳极板。

3、目前，对惰性阳极的研究主要集中在陶瓷，金属陶瓷和金属合金三大类。金属及其合金具有优良的导电性与导热性、较强的抗震性、强度高、不易脆裂、易于加工、便于与金属导杆连接等优点，被研究者认为是理想的惰性阳极候选材料。金属阳极可以通过预氧化方法在表面生成一层保护性氧化膜，以此作为屏障，使金属基体和强腐蚀性na3alf6熔盐和氧气隔离。因此，合金阳极氧化膜生成的研究对铝电解阳极的研制具有重要意义。

4、近年来，对合金阳极的选材和研究主要集中在ni-fe基合金阳极，相关学者通过添加一定量的cr，co，cu，al等强化元素来提高氧化膜的抗氧化和耐腐蚀性能，进行了大量的探索性研究，但是仍然没有惰性阳极能用于工业生产中。本发明的镍基惰性阳极在高温下具有优良的抗氧化性，在短期的高温铝电解实验中表现出了较好的导电性和耐熔盐腐蚀性能。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明的目的是针对当前铝电解碳素阳极的不足，提供一种可用于电解铝工业的合金惰性阳极，用于减轻目前铝电解工业中存在的环境污染和提高能源利用率，节约成本。

3、(二)技术方案

4、本发明的目的是通过以下技术方案实现的

5、一种镍基合金表面制备抗氧化和耐腐蚀的氧化膜，适用于铝电解槽中做阳极，由镍基合金基体以及合金基体表面氧化膜组成。

6、所述的金属基体表面制备氧化膜的合金惰性阳极，其特征在于，所述镍基合金的质量百分比成分为cr8.2-8.6％、al5.4-5.6％、co 9.7-10.3％、w9.8-10.2％、ti0.8-1.2％、hf1.2-1.6％、ta2.9-3.2％，其余为ni。

7、所述合金阳极表面制备有耐腐蚀的氧化膜，其特征在于，所述惰性阳极是通过预氧化来获得的致密氧化层，合金在960℃空气中氧化20h后形成了(al,cr)2o3/nio的双层氧化膜。

8、所述合金阳极致密的氧化层，在高温下具有较好的导电性。

技术特征：

1.一种镍基合金表面耐腐蚀膜层的制备方法，其特征在于，所述镍基合金基体和表面耐腐蚀膜层可作为一个整体用作铝电解惰性阳极。

2.根据权利要求1所述一种镍基合金表面耐腐蚀膜层的制备方法，其特征在于，所述一种镍基合金由真空感应熔炼炉制备，且该合金锭质量百分比为cr8.2-8.6％、al5.4-5.6％、co 9.7-10.3％、w9.8-10.2％、ti0.8-1.2％、hf1.2-1.6％、ta2.9-3.2％，其余为ni。

3.根据权利要求1所述一种镍基合金表面耐腐蚀膜层的制备方法，其特征在于，所述的表面耐腐蚀膜层是镍基合金在960℃空气中，氧化20h后表面生成的(al,cr)2o3/nio双层氧化膜结构。

4.根据权利要求3所述的一种镍基合金表面耐腐蚀膜层的制备方法，其特征在于，所述的双层氧化膜，在高温时具有较好的导电性能，在短期铝电解实验中，合金氧化膜表现出较好的耐熔盐腐蚀性能。

技术总结本发明适用于铝电解生产的工业领域，涉及一种镍基合金表面制备耐腐蚀膜层的惰性阳极。本发明提供一种金属基体表面制备有金属氧化物膜层的惰性阳极及其制备方法，适用于温度为960℃，电解质为冰晶石‑氧化铝的电解铝生产体系。这种惰性阳极在作为铝电解惰性阳极时，阳极表面生成O<subgt;2</subgt;，消除了CO<subgt;2</subgt;的排放，因此可以减少环境污染。本发明通过预氧化一种镍基合金，在合金的外层形成(Al,Cr)<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/NiO双层结构的氧化膜，其具有较好的导电性，拥有双层氧化膜的镍基合金在短期电解实验中呈现出较好的抗高温氧化和耐熔盐腐蚀性能。技术研发人员：耿树江,李俊青受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8