D0I:10.13374.issn1001-053x.2011.12.018 第33卷第12期 北京科技大学学报 Vol.33 No.12 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 Fe一40Cr一5Al合金阳极在800℃和00℃的电解腐蚀 行为 朱宇平何业东⑧王德仁 北京科技大学北京腐蚀与磨蚀表面技术实验室，北京100083 区通信作者，E-mail:htgroup@mater..ustb.cd.cn 摘要采用真空感应熔炼法制备了铝电解用Fe-40C5A1合金阳极.研究了合金阳极材料在800℃和900℃下的电解腐蚀 行为.电解测试采用冰晶石-氧化铝低温电解质体系，阳极电流密度为0.5A·cm2,电解时间为10h.结果表明：随着电解温 度的降低，合金阳极的腐蚀速率减小；在900℃电解后，合金表面形成了多孔结构的腐蚀层：在800℃电解后，合金表面形成了 保护性氧化膜，氧化膜分为两层，外层为尖晶石结构的Fe(A1,Cr),O,内层为Fe、Cr和0构成的复合氧化物，其中收集的铝产 品纯度为98.552%，合金阳极的腐蚀速率为5.51cm"a1. 关键词铝电解：惰性阳极：铁合金；腐蚀：氧化 分类号TF821 Electrolysis corrosion behaviors of Fe-40Cr-5Al alloy anodes at 800C and 900 C ZHU Yu-ping,HEYe-dong☒，WANG De-ren Beijing Key Laboratory for Corrosion,Erosion and Surface Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:htgroup@mater.ustb.edu.cn ABSTRACT Fe-40Cr-5Al alloy anodes were prepared by vacuum induction melting for aluminum electrolysis.The electrolysis corro- sion behaviors of the alloy anodes at 800C and 900C were investigated.Aluminum electrolysis tests were conducted in a cryolite-alu- mina low-temperature electrolyte system,at an anodic current density of 0.5A.cm2for 10h.The results indicated that the corrosion rate of the alloy anodes reduced with decreasing electrolysis temperature.After electrolysis at 900C,there was a porous corrosion layer on the anode surface,while a protective oxide scale formed after electrolysis at 800C.The oxide scale was divided into two layers,in which the outer layer was a Fe(Al,Cr)2O,spinel and the inner layer was a composite oxide consisting of Fe,Cr and 0.The purity of the collected aluminium products after electrolysis at 800C was 98.552%and the corrosion rate of the alloy anodes was 5.51 cma KEY WORDS aluminium electrolysis;inert anodes:iron alloys:corrosion:oxidation 为了促进低碳经济发展，减少传统铝电解工艺 陶瓷和金属陶瓷材料，金属材料具有易于制造、良好 对环境的污染，惰性阳极取代传统可消耗的炭素阳 的机械强度、抗热震性和导电性等优点，被认为是最 极越来越受到关注.惰性阳极具有许多优点，包括 具有前景的铝电解用惰性阳极材料5-).然而，金属 环境友好、降低电能损耗、低阳极过电位和释放氧 材料在高温氧化以及强腐蚀性氟化物的电解环境中 气-习.目前，惰性阳极材料的研究主要集中在尖晶 极不稳定，因此作为惰性阳极的关键是要在阳极表 石系列的陶瓷和金属陶瓷材料，因为其具有优异的 面形成连续、致密且黏附性能好的氧化膜圆，而且 抗熔盐腐蚀能力.但是，由于抗热震性差，与电源连 该氧化膜在冰晶石熔盐中溶解度较小. 接困难等固有问题难以彻底解决，尖晶石类惰性阳 Fe-Cr-Al合金由于形成致密的Cr,03或Al,O3 极材料未见有成功的工业化应用报道B).相比于 膜而具有良好的抗氧化性和抗热腐蚀性，因而被广 收稿日期：20110107 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2008AA0305034)第 33 卷 第 12 期 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 12 Dec． 2011 Fe--40Cr--5Al合金阳极在 800 ℃和 900 ℃的电解腐蚀 行为 朱宇平 何业东 王德仁 北京科技大学北京腐蚀与磨蚀表面技术实验室，北京 100083 通信作者，E-mail: htgroup@ mater． ustb． edu． cn 摘 要 采用真空感应熔炼法制备了铝电解用 Fe--40Cr--5Al 合金阳极． 研究了合金阳极材料在 800 ℃和 900 ℃下的电解腐蚀 行为． 电解测试采用冰晶石--氧化铝低温电解质体系，阳极电流密度为 0. 5 A·cm － 2 ，电解时间为 10 h． 结果表明: 随着电解温 度的降低，合金阳极的腐蚀速率减小; 在 900 ℃电解后，合金表面形成了多孔结构的腐蚀层; 在 800 ℃ 电解后，合金表面形成了 保护性氧化膜，氧化膜分为两层，外层为尖晶石结构的 Fe( Al，Cr) 2O4，内层为 Fe、Cr 和 O 构成的复合氧化物，其中收集的铝产 品纯度为 98. 552% ，合金阳极的腐蚀速率为 5. 51 cm·a － 1 ． 关键词 铝电解; 惰性阳极; 铁合金; 腐蚀; 氧化 分类号 TF821 Electrolysis corrosion behaviors of Fe-40Cr-5Al alloy anodes at 800 ℃ and 900 ℃ ZHU Yu-ping，HE Ye-dong ，WANG De-ren Beijing Key Laboratory for Corrosion，Erosion and Surface Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: htgroup@ mater． ustb． edu． cn ABSTRACT Fe-40Cr-5Al alloy anodes were prepared by vacuum induction melting for aluminum electrolysis． The electrolysis corro￾sion behaviors of the alloy anodes at 800 ℃ and 900 ℃ were investigated． Aluminum electrolysis tests were conducted in a cryolite-alu￾mina low-temperature electrolyte system，at an anodic current density of 0. 5 A·cm－ 2 for 10 h． The results indicated that the corrosion rate of the alloy anodes reduced with decreasing electrolysis temperature． After electrolysis at 900 ℃，there was a porous corrosion layer on the anode surface，while a protective oxide scale formed after electrolysis at 800 ℃ ． The oxide scale was divided into two layers，in which the outer layer was a Fe( Al，Cr) 2O4 spinel and the inner layer was a composite oxide consisting of Fe，Cr and O． The purity of the collected aluminium products after electrolysis at 800 ℃ was 98. 552% and the corrosion rate of the alloy anodes was 5. 51 cm·a － 1 ． KEY WORDS aluminium electrolysis; inert anodes; iron alloys; corrosion; oxidation 收稿日期: 2011--01--07 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助项目 ( 2008AA030503--4) 为了促进低碳经济发展，减少传统铝电解工艺 对环境的污染，惰性阳极取代传统可消耗的炭素阳 极越来越受到关注． 惰性阳极具有许多优点，包括 环境友好、降低电能损耗、低阳极过电位和释放氧 气［1--2］． 目前，惰性阳极材料的研究主要集中在尖晶 石系列的陶瓷和金属陶瓷材料，因为其具有优异的 抗熔盐腐蚀能力． 但是，由于抗热震性差，与电源连 接困难等固有问题难以彻底解决，尖晶石类惰性阳 极材料未见有成功的工业化应用报道［3--4］． 相比于 陶瓷和金属陶瓷材料，金属材料具有易于制造、良好 的机械强度、抗热震性和导电性等优点，被认为是最 具有前景的铝电解用惰性阳极材料［5--7］． 然而，金属 材料在高温氧化以及强腐蚀性氟化物的电解环境中 极不稳定，因此作为惰性阳极的关键是要在阳极表 面形成连续、致密且黏附性能好的氧化膜［8］，而且 该氧化膜在冰晶石熔盐中溶解度较小． Fe--Cr--Al 合金由于形成致密的 Cr2O3 或 Al2O3 膜而具有良好的抗氧化性和抗热腐蚀性，因而被广 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.018