·1486· 北京科技大学学报 第33卷 泛地应用于高温合金的研究0.而且Cr,0,在冰 式，在25mm×10mm面开Φ4mm×8mm的螺孔与 晶石熔盐中的溶解度较小，使其具备了作为铝电 304L不锈钢导杆相连接.合金阳极表面用800水 解用惰性阳极材料的基本性能.在本研究中，利用 磨砂纸打磨光滑，用酒精进行超声清洗l0min后， 真空熔炼法制备了Fe-40Cr5Al合金材料，通过研 干燥待用.电解前，合金阳极在相应的电解温度下 究合金阳极在冰晶石一氧化铝低温电解质体系的电 氧化预处理2h.电解在石墨坩埚中进行，实验装置 解腐蚀行为评价其作为铝电解用惰性阳极的可 如图1所示.电解实验在阳极电流密度为0.5A· 行性. cm-2条件下进行10h.电解过程中，每隔0.5h定量 添加理论上所消耗的A山03，以保证A山，03浓度在电 1实验 解质中处于饱和状态.工作面积为16.50cm2,采用 1.1合金阳极材料的制备 直流电源(WSKO350,扬州东方)作为恒电流电源. 以高纯Fe、Cr和Al的块状金属为原料，采用 阴极材料采用高纯石墨.熔盐电解质组成如表1所 真空熔炼法在中频电磁感应炉中制备Fe一40Cr一 示.实验原料Na3AF。为化学纯，其余原料均为分 5A!合金材料.合金原料按一定质量比配料后，置 析纯试剂.电解实验前，所有电解质盐均经过干燥 脱水处理. 于石墨坩埚中，炉腔内抽真空至真空度为10-1Pa; 石墨坩埚加热至1650℃，待金属原料融化后反复 出气口 搅拌，使其成分均匀.融化后的合金液，倒入石墨 模具中浇注成尺寸为中75mm×120mm圆柱状合 ,炉盖 金坯体，冷却脱模后制得合金阳极材料.合金材料 加热炉 加料管 阳极连接杆 阴极连接杆 在1000℃，真空度为10-3Pa条件下均匀化处理 氧化铝炉衬 2,随炉冷却.合金阳极的实际成分经电感耦合 石墨坩埚 热电偶 等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定为Fe- 合金阳极 37.8Cr4.1AL.合金阳极的表观密度经阿基米德 氧化铝保护管 排水法测得为6.84gcm-3 电解质 铝产品 1.2合金阳极的电解测试 通过线切割截取尺寸规格为40mm×25mm× 图1电解槽装置图 10mm合金阳极试样.合金阳极采用螺纹连接方 Fig.1 Schematie diagram of the electrolysis cell 表1熔盐电解质组成 Table 1 Composition of electrolyte salts 电解质组成（质量分数）/% NaF/AIF3分子数比，CR 熔点/℃ 工作温度/℃ Na AIF AlF3 CaF2 AL203(饱和) 1.4 60.60 29.40 5 5 175 800 1.6 64.44 22.56 5 875 900 1.3材料的表征 阳极质量差，g;S为合金阳极的工作面积，cm2;p为 利用Model LEO1530型场发射扫描电镜SEM 合金阳极的表观密度，g·cm3;t为电解腐蚀时间， 对电解后的阳极试样的表面和截面微观结构进行观 h.合金阳极试样质量采用METTLER AE240分析 察和分析，结合能谱EDS分析合金阳极表面腐蚀产 天平进行称重，精度为0.1mg. 物的组成及各组成元素的分布.采用电感耦合等离 2实验结果 子体发射光谱法(ICP-AES)测定电解铝产品的杂 质含量.采用质量损失法计算合金阳极材料的腐蚀 图2为Fe-40Cr-5Al合金阳极分别在8O0℃和 速率，平均年腐蚀速率按式(1)计算： 900℃下电解10h的槽电压-时间变化图.由图2可以 w=AW 看出，在电解的开始阶段，合金阳极的槽电压都会有一 ×24×365 (1) pSt 个明显上升的阶段，说明阳极表面的氧化膜变厚.随 式中：w为平均腐蚀速率，cm·a1;△W为电解前后 后，合金阳极的槽电压开始逐步降低.当合金阳极在北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 泛地应用于高温合金的研究［9--10］． 而且 Cr2O3 在冰 晶石熔盐中的溶解度较小［11］，使其具备了作为铝电 解用惰性阳极材料的基本性能． 在本研究中，利用 真空熔炼法制备了 Fe--40Cr--5Al 合金材料，通过研 究合金阳极在冰晶石--氧化铝低温电解质体系的电 解腐蚀行为评价其作为铝电解用惰性阳极的可 行性． 1 实验 1. 1 合金阳极材料的制备 以高纯 Fe、Cr 和 Al 的块状金属为原料，采用 真空熔炼法在中频电磁感应炉中制备 Fe--40Cr-- 5Al 合金材料． 合金原料按一定质量比配料后，置 于石墨坩埚中，炉腔内抽真空至真空度为 10 － 1 Pa; 石墨坩埚加热至 1 650 ℃ ，待金属原料融化后反复 搅拌，使其成分均匀． 融化后的合金液，倒入石墨 模具中浇注成尺寸为 75 mm × 120 mm 圆柱状合 金坯体，冷却脱模后制得合金阳极材料． 合金材料 在 1 000 ℃ ，真空度为 10 － 3 Pa 条件下均匀化处理 2 h，随炉冷却． 合金阳极的实际成分经电感耦合 等离 子 体 发 射 光 谱 法 ( ICP--AES ) 测 定 为 Fe-- 37. 8Cr--4. 1Al． 合金阳极的表观密度经阿基米德 排水法测得为 6. 84 g·cm － 3 ． 1. 2 合金阳极的电解测试 通过线切割截取尺寸规格为 40 mm × 25 mm × 10 mm 合金阳极试样． 合金阳极采用螺纹连接方 式，在 25 mm × 10 mm 面开 4 mm × 8 mm 的螺孔与 304 L 不锈钢导杆相连接． 合金阳极表面用 800# 水 磨砂纸打磨光滑，用酒精进行超声清洗 10 min 后， 干燥待用． 电解前，合金阳极在相应的电解温度下 氧化预处理 2 h． 电解在石墨坩埚中进行，实验装置 如图 1 所示． 电解实验在阳极电流密度为 0. 5 A· cm － 2 条件下进行 10 h． 电解过程中，每隔 0. 5 h 定量 添加理论上所消耗的 Al2O3，以保证 Al2O3 浓度在电 解质中处于饱和状态． 工作面积为 16. 50 cm2 ，采用 直流电源( WSK--0350，扬州东方) 作为恒电流电源． 阴极材料采用高纯石墨． 熔盐电解质组成如表 1 所 示． 实验原料 Na3AlF6 为化学纯，其余原料均为分 析纯试剂． 电解实验前，所有电解质盐均经过干燥 脱水处理． 图 1 电解槽装置图 Fig． 1 Schematic diagram of the electrolysis cell 表 1 熔盐电解质组成 Table 1 Composition of electrolyte salts NaF /AlF3 分子数比，CR 电解质组成( 质量分数) /% Na3AlF6 AlF3 CaF2 Al2O3 ( 饱和) 熔点/℃ 工作温度/℃ 1. 4 60. 60 29. 40 5 5 775 800 1. 6 64. 44 22. 56 5 8 875 900 1. 3 材料的表征 利用 Model LEO1530 型场发射扫描电镜 SEM 对电解后的阳极试样的表面和截面微观结构进行观 察和分析，结合能谱 EDS 分析合金阳极表面腐蚀产 物的组成及各组成元素的分布． 采用电感耦合等离 子体发射光谱法( ICP--AES) 测定电解铝产品的杂 质含量． 采用质量损失法计算合金阳极材料的腐蚀 速率，平均年腐蚀速率按式( 1) 计算: ω = ΔW ρSt × 24 × 365 ( 1) 式中: ω 为平均腐蚀速率，cm·a － 1 ; #W 为电解前后 阳极质量差，g; S 为合金阳极的工作面积，cm2 ; ρ 为 合金阳极的表观密度，g·cm － 3 ; t 为电解腐蚀时间， h． 合金阳极试样质量采用 METTLER AE240 分析 天平进行称重，精度为 0. 1 mg． 2 实验结果 图2 为 Fe--40Cr--5Al 合金阳极分别在 800 ℃ 和 900 ℃下电解10 h 的槽电压--时间变化图． 由图 2 可以 看出，在电解的开始阶段，合金阳极的槽电压都会有一 个明显上升的阶段，说明阳极表面的氧化膜变厚． 随 后，合金阳极的槽电压开始逐步降低． 当合金阳极在 ·1486·