,1592, 北京科技大学学报 第32卷 本实验选择在传统铝电解质体系中表现出较好 ⊙④ 性能的5Cu-9.5ND-85.5NFe04金属陶瓷作为阳 极材料进行电解测试，考察该阳极在KAF- NAF一AF3一AbO3低温铝电解质体系中的腐蚀 行为，详细研究不同K3AF加入量对该阳极性能的 影响，结合微观分析和电解后的杂质组成、含量分 析，对该阳极材料的腐蚀过程进行初步判断，得到优 1一热电偶；2一耐火材料：3电阻炉；~石墨坩埚：5一金属陶瓷 化的电解条件. 阳极：广电解质：7一高纯石墨阴极；8阳极棒：9一阴极棒；10- 1实验 电阻丝 图1电解实验装置示意图 实验中使用的金属陶瓷阳极5Cu-9.5ND- Fig 1 Schematic diagram of an experiental cell for electrolysis 85.5NFe01由中南大学提供，NAF6、K3AF6、 In trepidⅡXSP)测试电解后电解质和产品Al中的 AF3和AbO3等试剂均为化学纯.电解操作使用的 杂质元素的含量，进而计算年腐蚀速率， G2-3-10型坩埚电阻炉，由天津市中环实验电炉 表1电解质组成、熔点以及电解温度选择 有限公司生产；WYK-3050型直流稳压稳流电源，由 Table I Electroly es canposition melting pont and electmlysis ton- 扬州东方集团公司生产. perahire 实验采用高纯石墨坩埚内装电解质，用金属陶 AF3质量 K3AF6质量电解时初晶温电解温 电极 瓷阳极和高纯石墨阴极组成电极体系，阴、阳极平行 分数% 分数% 间h度[C度C 放置，电解实验装置示意图如图1所示，电解条件， 呢 0 6 804 830 包括电解温度和熔盐体系，按照表1选择，另外， 2 30 10 6 805 830 Ab03浓度饱和，电解时间为6h阳极电流密度控制 3 30 20 6 803 830 在1.0A·am2,阳极浸入深度为1.0am,极距为 4 28 0 6 813 840 3.0am.电解结束后，用直径为0.3am的刚玉管深 5# 28 15 6 827 840 入坩埚中部提取少量电解质，然后将阴、阳极缓慢提 6* 28 20 6 818 840 升至电解质上方，随炉子缓慢冷却，以防止因骤冷导 致熔盐附着于电极表面及电极开裂，冷却后，将试 2 结果与讨论 样取出，用质量分数359%的ACk水溶液在70~ 80℃下浸煮，除去试样表面和孔隙中的电解质，在 2.1电解后阳极宏观及微观形貌 110℃下烘干.观察阳极表面腐蚀后形貌，用扫描电 图2(a)、(b)和(c)分别列出了1~3电极电 SUPRA 55 Field Em ission Scanning Electron 解后的宏观形貌.从图中可以看出：2艺、3电极电解 M icmoscope0.1~30kW)对腐蚀后阳极不同部位的 后表面平整，并未发生阳极肿胀、表面起层和剥离现 形貌进行分析，并对阳极表面物质进行XRD 象，电解前后电极尺寸基本没有变化，表现出较好的 (R igakuD /max RB.Cu K.,k=0.15406m)分析. 耐腐蚀性能；而1电极则外表腐蚀较严重，且黏附 阳极腐蚀速率的表征，采用ICP-AES(Themo RIS 了大量电解质 (a (b) ⊙ 图2不同K3AF6加入量的电解质中电解后阳极的外观.(a)G(b)10%:(c)20% Fg 2 Shapes of anodes tested n eleetmolytes with diferent addition amounts ofK3AF:(a)0 (b)1:(c)20北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 本实验选择在传统铝电解质体系中表现出较好 性能的 5Ｃｕ--9∙5ＮｉＯ--85∙5ＮｉＦｅ2Ｏ4 金属陶瓷作为阳 极材料进行电解测试 ［5］‚考察该阳极在Ｋ3ＡｌＦ6-- Ｎａ3ＡｌＦ6--ＡｌＦ3--Ａｌ2Ｏ3低温铝电解质体系中的腐蚀 行为‚详细研究不同 Ｋ3ＡｌＦ6加入量对该阳极性能的 影响．结合微观分析和电解后的杂质组成、含量分 析‚对该阳极材料的腐蚀过程进行初步判断‚得到优 化的电解条件． 1 实验 实验中使用的金属陶瓷阳极 5Ｃｕ--9∙5ＮｉＯ-- 85∙5ＮｉＦｅ2Ｏ4 由中南大学提供．Ｎａ3ＡｌＦ6、Ｋ3ＡｌＦ6、 ＡｌＦ3和 Ａｌ2Ｏ3等试剂均为化学纯．电解操作使用的 ＳＧ2--3--10型坩埚电阻炉‚由天津市中环实验电炉 有限公司生产；ＷＹＫ--3050型直流稳压稳流电源‚由 扬州东方集团公司生产． 实验采用高纯石墨坩埚内装电解质‚用金属陶 瓷阳极和高纯石墨阴极组成电极体系‚阴、阳极平行 放置‚电解实验装置示意图如图 1所示．电解条件‚ 包括电解温度和熔盐体系‚按照表 1选择．另外‚ Ａｌ2Ｏ3浓度饱和‚电解时间为 6ｈ‚阳极电流密度控制 在 1∙0Ａ·ｃｍ —2‚阳极浸入深度为 1∙0ｃｍ‚极距为 3∙0ｃｍ．电解结束后‚用直径为 0∙3ｃｍ的刚玉管深 入坩埚中部提取少量电解质‚然后将阴、阳极缓慢提 升至电解质上方‚随炉子缓慢冷却‚以防止因骤冷导 致熔盐附着于电极表面及电极开裂．冷却后‚将试 样取出‚用质量分数 35％的 ＡｌＣｌ3 水溶液在70～ 80℃下浸煮‚除去试样表面和孔隙中的电解质‚在 110℃下烘干．观察阳极表面腐蚀后形貌‚用扫描电 镜 （ＳＵＰＲＡ 55 Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ‚0∙1～30ｋＶ） 对腐蚀后阳极不同部位的 形貌 进 行 分 析‚并 对 阳 极 表 面 物 质 进 行 ＸＲＤ （Ｒｉｇａｋｕ-Ｄ／ｍａｘ-ＲＢ‚ＣｕＫα‚ｋ＝0∙15406ｎｍ）分析． 阳极腐蚀速率的表征‚采用 ＩＣＰ-ＡＥＳ（Ｔｈｅｒｍｏ‚ＩＲＩＳ 1—热电偶；2—耐火材料；3—电阻炉；4—石墨坩埚；5—金属陶瓷 阳极；6—电解质；7—高纯石墨阴极；8—阳极棒；9—阴极棒；10— 电阻丝 图 1 电解实验装置示意图 Ｆｉｇ．1 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃｅｌｌｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ＩｎｔｒｅｐｉｄⅡ ＸＳＰ） 测试电解后电解质和产品 Ａｌ中的 杂质元素的含量‚进而计算年腐蚀速率． 表 1 电解质组成、熔点以及电解温度选择 Ｔａｂｌｅ1 Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ‚ｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍ- ｐｅｒａｔｕｒｅ 电极 ＡｌＦ3质量 分数／％ Ｋ3ＡｌＦ6质量 分数／％ 电解时 间／ｈ 初晶温 度 ［6］ ／℃ 电解温 度／℃ 1＃ 30 0 6 804 830 2＃ 30 10 6 805 830 3＃ 30 20 6 803 830 4＃ 28 0 6 813 840 5＃ 28 15 6 827 840 6＃ 28 20 6 818 840 2 结果与讨论 2∙1 电解后阳极宏观及微观形貌 图 2（ａ）、（ｂ）和 （ｃ）分别列出了 1 ＃ ～3 ＃电极电 解后的宏观形貌．从图中可以看出：2 ＃、3 ＃电极电解 后表面平整‚并未发生阳极肿胀、表面起层和剥离现 象‚电解前后电极尺寸基本没有变化‚表现出较好的 耐腐蚀性能；而 1 ＃电极则外表腐蚀较严重‚且黏附 了大量电解质． 图 2 不同 Ｋ3ＡｌＦ6加入量的电解质中电解后阳极的外观．（ａ）0；（ｂ）10％；（ｃ）20％ Ｆｉｇ．2 ＳｈａｐｅｓｏｆａｎｏｄｅｓｔｅｓｔｅｄｉｎｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｄｄｉｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｓｏｆＫ3ＡｌＦ6：（ａ）0；（ｂ）10％；（ｃ）20％ ·1592·