中园氏航大学 《航空材料与腐蚀防护》讲义 Civil Aviation University of China中国民航大学理学院材料化学教研室苏景新 高强度的铝合金也很快被用于制造装饰板、窗户和门框 1936年美国铝业公司在庆祝电解炼铝50周年大会上罗列了铝的2000多种用途 可以看出年轻的铝工业开始渗透到了国民经济的各个领域,给各行各业都带来了勃勃生 机。经济危机和战争都阻挡不了它前进的步伐。铝的出现使人类的生产和生活都变了样 、铝合金的生产过程 铝合金是由电解得到的原铝和回收铝精炼后,再向其中加入添加元素得到的。 其中电解原铝的过程是,首先用拜耳法从铝土矿中提炼氧化铝,再用埃鲁-霍尔法电解 炼 那么具体地,电解炼铝法究竟是怎么一回事呢? 电解是电化学的一种应用。至少在大学化学课程中,我们都学到过一类化学反应类型叫 做氧化还原反应。在氧化还原反应中,还原剂被氧化,提供电子,氧化剂得到这些电子被还 原。一个氧化还原反应都是两个半反应一一还原剂的氧化反应和氧化剂的还原反应耦合而成 的 如果采用特殊的装置,控制这两个半反应分别在两个导电的材料(称为电极)上发生, 再将电极用导线连通,同时,还要提供一个可以使离子在其中迁移的导体,称为离子导体。 这样就构成了一个回路,就能利用氧化还原反应提供电流,驱动负载工作。我们都知道,这 中装置就是化学电源,也就是大家通称的电池。从能量转换或做功的观点来看,电池的工作 过程就是把氧化剂和还原剂蕴涵的化学能转化为电能,输出电功的过程。 如果反过来,把负载换成一个强大的电源,把它的正负极与电池的同极性的电极连接 强制电池反向工作,我们都知道这个过程实际就是给电池充电。电池充电的过程就是把外部 电源提供的电能转化为化学能的过程。 电解,以及在后面的内容中要介绍的电镀,都是类似的过程 所谓申解,就是用电能驱动电解池工作,使电解质在电解池的阴极或阻极上发生氧化 还原反应而析出产物的过程。这些产物都是对我们有用的产品。如电解氯化钠水溶液,可以 在阳极上得到氯气,阴极上析出氢气。同时因为析出氢气,使水分解出氢氧根离子,与钠离 子形成苛性钠水溶液,又可以分离出氢氧化钠。这些都是重要的化工原料。再比如电解水, 可以得到氢气和氧气,把消耗的电能转化为氢和氧的化学能。氢气又可以作为还原剂,驱动 燃料电池工作,重新释放出电能。 电解法炼铝的原理也是一样。只不过电解铝采用的是一种特殊的电解质,不是水溶液 在水溶液中电解是不能得到铝的。是采用电解熔融的氧化铝的方法。氧化铝(三氧化二铝) 是离子化合物,通常状态下是固体,而离子在固体中是不能轻易移动的,只有将它加热到熔 点以上,熔化成液态,离子才能够在电场的驱动下在阴极和阳极间迁移,形成离子导体。但 是氧化铝的熔点非常高,在将它加热到熔化之前,绝大多数用来制造电解槽的结构材料,如《航空材料与腐蚀防护》讲义 中国民航大学理学院材料化学教研室 苏景新 10 / 58 高强度的铝合金也很快被用于制造装饰板、窗户和门框。 1936 年美国铝业公司在庆祝电解炼铝 50 周年大会上罗列了铝的 2000 多种用途。 可以看出年轻的铝工业开始渗透到了国民经济的各个领域，给各行各业都带来了勃勃生 机。经济危机和战争都阻挡不了它前进的步伐。铝的出现使人类的生产和生活都变了样。 二、铝合金的生产过程 铝合金是由电解得到的原铝和回收铝精炼后，再向其中加入添加元素得到的。 其中电解原铝的过程是，首先用拜耳法从铝土矿中提炼氧化铝，再用埃鲁-霍尔法电解 炼铝。 那么具体地，电解炼铝法究竟是怎么一回事呢？ 电解是电化学的一种应用。至少在大学化学课程中，我们都学到过一类化学反应类型叫 做氧化还原反应。在氧化还原反应中，还原剂被氧化，提供电子，氧化剂得到这些电子被还 原。一个氧化还原反应都是两个半反应——还原剂的氧化反应和氧化剂的还原反应耦合而成 的。 如果采用特殊的装置，控制这两个半反应分别在两个导电的材料（称为电极）上发生， 再将电极用导线连通，同时，还要提供一个可以使离子在其中迁移的导体，称为离子导体。 这样就构成了一个回路，就能利用氧化还原反应提供电流，驱动负载工作。我们都知道，这 中装置就是化学电源，也就是大家通称的电池。从能量转换或做功的观点来看，电池的工作 过程就是把氧化剂和还原剂蕴涵的化学能转化为电能，输出电功的过程。 如果反过来，把负载换成一个强大的电源，把它的正负极与电池的同极性的电极连接， 强制电池反向工作，我们都知道这个过程实际就是给电池充电。电池充电的过程就是把外部 电源提供的电能转化为化学能的过程。 电解，以及在后面的内容中要介绍的电镀，都是类似的过程。 所谓电解，就是用电能驱动电解池工作，使电解质在电解池的阴极或阳极上发生氧化 还原反应而析出产物的过程。这些产物都是对我们有用的产品。如电解氯化钠水溶液，可以 在阳极上得到氯气，阴极上析出氢气。同时因为析出氢气，使水分解出氢氧根离子，与钠离 子形成苛性钠水溶液，又可以分离出氢氧化钠。这些都是重要的化工原料。再比如电解水， 可以得到氢气和氧气，把消耗的电能转化为氢和氧的化学能。氢气又可以作为还原剂，驱动 燃料电池工作，重新释放出电能。 电解法炼铝的原理也是一样。只不过电解铝采用的是一种特殊的电解质，不是水溶液。 在水溶液中电解是不能得到铝的。是采用电解熔融的氧化铝的方法。氧化铝（三氧化二铝） 是离子化合物，通常状态下是固体，而离子在固体中是不能轻易移动的，只有将它加热到熔 点以上，熔化成液态，离子才能够在电场的驱动下在阴极和阳极间迁移，形成离子导体。但 是氧化铝的熔点非常高，在将它加热到熔化之前，绝大多数用来制造电解槽的结构材料，如