铝电解三元合金阳极CuAlM的构筑及腐蚀机理研究

设计对氧渗透具有高抑制作用的合金阳极是解决铝电解用金属惰性阳极材料耐腐蚀性能差的关键科学问题。本项目旨在开发一类新型合金材料，拟用粉末冶金法和悬浮熔炼法制备三元合金惰性阳极材料CuAlM（M为Ⅷ族过渡金属）。在此基础上将CuAlM合金作为钾冰晶石低温熔盐体系中铝电解用惰性阳极，在电解过程中构筑连续、致密、自生成的动态氧化膜，且合金表面氧化膜具有低氧渗透性能、高耐腐蚀性能、良好的导电性能、对氧析出反应高催化活性等多功能性能。详细研究氧化膜的组成（特别是尖晶石结构的铝酸盐）及形态对氧向合金的渗透、合金阳极的耐腐蚀性能、电极析氧过程等影响，揭示铝电解过程中氧析出反应、氧渗透的机制和CuAlM合金阳极的腐蚀机理，探索适用于钾冰晶石低温体系的CuAlM合金组成及最佳含量。本项目的实施为低腐蚀速率、氧析出反应高催化活性的铝电解金属阳极的设计与开发提供理论基础和产业化支持。

设计对氧渗透具有高抑制作用的合金阳极是解决铝电解用金属惰性阳极材料耐腐蚀性能差的关键科学问题。本项目围绕惰性金属阳极腐蚀问题为中心，设计制备了一类新型的兼具低氧渗透性能、高耐腐蚀性能、良好的导电性能、对氧析出反应高催化活性等多功能性能氧化膜的铝电解惰性金属阳极材料，并使之成功用于钾冰晶石低温铝电解。具体研究结果如下：.(1)采用粉末冶金及熔炼的方法制备CuAl、CuAlM合金(其中M为Co、Fe过渡金属)。表征显示，所制备的CuAl、CuAlM 合金组织结构均匀，CuAlCo合金中分散着CoAl金属间化合物。.(2)在700℃钾冰晶石低温电解质体系中以合金CuAl、CuAlM 作为阳极进行铝电解研究， Cu9Al10Co合金阳极电解得到原铝的纯度为99.2%，腐蚀速率为14.38 mm/a，Cu9Al合金阳极与之比较，杂质Cu含量为Cu9Al10Co合金阳极的1.62倍，腐蚀速率是Cu9Al10Co合金阳极的1.48倍，可见耐腐蚀性能提高了50%以上。.(3)结构表明不同金属阳极表面形成的氧化物差别较大，CuAl合金表现形成CuAlO2、CoAl2O4合金表面生成尖晶石结构CoAl2O4。通过循环伏安及极化曲线等电化学方法研究不同阳极的电化学过程，表明Cu9Al合金阳极析氧电位为0.93 V (vs. Ni/NiF2)，表明Cu9Al10Co合金阳极析氧电位为0.82 V (vs. Ni/NiF2)，表明Co加入提高了催化性能。探讨了CuAl合金阳极及CuAlCo合金阳极腐蚀模型。这些研究结果很大程度上拓宽了当前铝电解合金阳极领域的研究深度和广度。. 研究成果在Mater. Lett.、J. Rare Earth.、Electrochim. Acta等刊物上发表论文12篇，其中SCI论文7篇，申请专利3项，授权1项。培养硕士研究生3名，博士研究生2名。