铝电解TiB<,2>基惰性阴极涂层的制备与性能测试

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由于具有良好的导电性、与铝液湿润等优点,TiB2材料非常适合做铝电解过程中的阴极,使用这种惰性阴极材料可以明显缩短极距,减少槽电压和能量消耗。但由于制作工艺和成本的原因,纯TiB2实体阴极的使用受到了限制,人们把目光转向碳基TiB2涂层阴极材料。 本文采用三种不同的方法制备了TiB2涂层:电沉积法、刷涂法和热压法。通过三种试样的制备过程,发现刷涂法使用的原料便宜,制备工艺简单,比较适宜制备大型试样;电沉积法和热压法原料较贵,工艺相对复杂,都只适合制备小试样,而且电沉积法试样质量与实验原料、工艺参数的选择也有很大的关系。 通过对三种方法制备试样的性质研究发现:当CCD=0.4A·cm-2~0.6A·cm-2时,电沉积涂层表面光滑,有金属光泽,与基体的连接性好(CCD=0.6A·cm-2);而刷涂涂层随着配方中TiB2含量的增加,表面分布越来越均匀,但与基体的连接性一般;热压涂层表面光滑,与基体连接性好,C和TiB2互相镶嵌,形成了高的连接强度。电沉积涂层厚度约为100~200μm,刷涂涂层和热压涂层厚度与计算值接近。与电沉积涂层和热压涂层相比,刷涂涂层的抗腐蚀能力较差。同时还测得一热压涂层的表观密度为4.29g·cm-3,开口孔隙率为5.79%,维氏硬度值为1494.6kg·mm-2,涂层的抗弯强度为313.96MPa。涂层的湿润性实验表明,电沉积涂层与铝液的湿润性很好,湿润角几乎为0°,刷涂涂层中TiB2含量在30%~45%时,湿润角在100°左右,比碳与铝珠的湿润角132°小很多,直到TiB2含量超过50%时,二者才会完全湿润。 目前,刷涂涂层已经用于生产实践,但仍有一些问题需要解决;而电沉积涂层和热压涂层质量好,暂时难以推广,故仍需我们继续研究,争取早日用于工业生产。
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