一种Cu-Ni-Fe基合金惰性阳极材料及其热处理方法，涉及一种用于高温熔盐铝电解合金惰性阳极材料及其均匀化热处理方法。其特征在于阳极材料的质量比成份包括：28%-72%的Cu，18％-42％的Ni，12%-34％的Fe，该三种元素的质量百分含量和为92-100%。采用真空均匀化热处理使合金获得均匀的单相组织或细小的第二相弥散分布于均匀的阳极基体上。本发明专利技术的惰性阳极材料在KF-NaF-AlF3-Al2O3体系中电解，效率高达95%，原铝杂质含量低于0.5％。
【技术实现步骤摘要】
一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料及其热处理方法
一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料及其热处理方法，涉及一种用于高温熔盐铝电解合金惰性阳极材料及其均匀化热处理方法。
技术介绍
作为轻金属，铝及其合金的应用对于全球能源的节约具有重要意义。原铝的生产迄今仍然沿用Hall-heroult工艺，电解过程消耗大量电能的同时，排放大量的二氧化碳、碳氟化合物等温室气体。为追求原铝电解生产过程的可持续发展，需要解决能源消耗巨大和环境污染严重等系列问题。 开发基于惰性电极材料的节能环保型铝电解技术是提升和改造铝电解工业向节能环保型发展的根本途径。作为惰性阳极材料，要求能够耐受高温下电解质熔体的腐蚀，在熔体中溶解度小，耐受新生态氧的渗蚀，抑制电化学腐蚀，有良好的导电性和加工性能，易与导杆连接，抗热震性好等性能。由于陶瓷材料和金属陶瓷具有本身难以克服的缺陷，如导电性和抗热震性能差、不易连接、难以加工成形等，而金属合金没有以上缺陷，是最具有希望得到商业化应用的惰性阳极材料。其中，Cu-N1-Fe合金惰性阳极受到广泛关注。 专利US 5284562描述了一种氧化铝还原成铝的电解体系，该体系包括一种耐高温绝热电解槽的设计，该电解槽中惰性阳极为使用铜、镍、铁粉末高温烧制而成，该粉末冶金法烧制而成的阳极致密度较低，组成元素包括铜、镍、铁，其大致的合金元素组成为:25-70 wt%的铜，15-60 wt%的镍，1-30 wt%的铁，更为优化的合金元素组成为:45-70%的铜，28-42%的镍，13-17%的铁。该惰性阳极是电解槽的一部分，其连接导杆采用与阳极相同的材料，优化的电解质组成为63.2 wt%AlF3，24.8NaF，7.7 wt%KF和4.3 wt%LiF。粉末冶金法制备的Cu-N1-Fe合金阳极具有组织均匀性等优点，但合金致密度较差，存在较大的孔隙率，电解质容易侵入，加快基体的腐蚀。 专利CN 201210483790.4描述了适用于金属熔盐电解槽惰性阳极的合金材料，其基体元素的质量百分组成包括:37%-76%的Cu，15% -30%的Ni，5%_25%的Fe，4%_8%的Al，还包括选自Co、Mn、Zn、Mg、T1、S1、Sn、Yb、Y、La、Ce中的一种合金元素或两种以上的组合，上述元素的质量百分含量和为0-10%。该合金铸态组织为多相，枝晶粗大，根据文献所述，粗大的铸态组织不利于合金电解性能。 专利US 6562224描述了一种Fe-Ni基惰性阳极的制作方法，该阳极在放入电解槽之前在氧气氛围中或空气中预氧化，预氧化最佳温度为1000-1100°C。预氧化后在Fe-Ni基体表面黏附一层铁氧化物外层，该外层对氧离子具有差的导通性，在电解过程中可以减少氧气扩散至Fe-Ni基体内部。该阳极所涉及的高温热处理方式仅仅是表面处理的一种，不属于本专利技术所研究内容。 专利US 6558525描述了一种低温熔盐铝电解体系，所用阳极成分(质量分数)为42%Cu，30%Ni和28%Fe，阳极形貌为4X4X0.25inch的板，板上整齐排列有112个直径为 0.25inch的孔洞，所用阴极为TiB2,电解质组成(质量分数)为38.89%NaF和61.11%的AlF3,电解温度为770-180°C。 专利US 6723222描述了一种低温盐电解质体系用的Cu-N1-Fe惰性阳极，该阳极典型的组成成分(质量百分比)为:10-70 %的铜，15-60 %的镍，1-40 %的铁，优化的合金成分为45-70%Cu，28-42%Ni，13_17%Fe。合金可以由铸造加工或粉末烧结而成，铸造而成的合金由两相组成，经1000-1100 V高温长时间(l_12h)均匀化处理后得到均匀的单相组织，均匀的单相组织阻碍了合金沿铸造组织中富Cu相的快速氧化和电解质的进一步渗透，提高阳极内部基体的腐蚀抗力。 专利US 7077945描述了一种与US 6723222所述相似的Cu-N1-Fe惰性阳极，通过铸造得到多相铸态组织合金，然后高温长时间保温以获得单相组织，所不同的是阳极形貌和尺寸有所改变，阳极由板状变成多孔形。 专利US 6558525，US 6723222 和 US 7077945 均是对 Cu-N1-Fe 惰性阳极的优化，由粉末冶金或铸造法制备而成，对铸造而成的阳极提到了一种简单的高温热处理机制，但其对基体热处理的研究尚不完善，并存在局限性。 文献“Oxidat1n and corros1n of highly alloyed Cu-Fe-Ni as inert anodematerial for aluminum electrowinning in as-cast and homogenized condit1ns”[corros1n science 63 (2012) 293-303]描述了一种用于低温电解质下的 Cu-N1-Fe 阳极材料，指出铸造Cu-N1-Fe合金经750°C /400h和1000°C /12h均匀化处理后的在0.75A/cm2电解时性能明显优于铸态合金，运行电压平稳，500h电解效率高于95%，原铝中Cu、N1、Fe总杂质含量低于0.lwt%。文献中所述合金的热处理工艺简单，存在局限性，尚需完善。 因此，本专利针对Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料存在的不足进行改进，采用真空高温均匀化热处理技术，使合金得到均匀的单相组织或细小的第二相弥散分布于均匀的阳极基体上，消除电解过程中合金内部形成的微小原电池造成的局部腐蚀，改善基体材料抗高温熔盐腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效提高阳极材料的抗高温氧化和热腐蚀性能，提高电解效率和原铝纯度，满足惰性阳极材料的工业化生产和惰性阳极铝电解技术产业化发展的要求的Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料及其热处理方法。 本专利技术的目的过以下技术方案实现的。 一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料，其特征在于阳极材料的质量比成份包括:28%-72%的Cu，18% -42%的Ni，12%_34%的Fe，该三种元素的质量百分含量和为92_100%。 本专利技术的一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料，其特征在于还包括质量分数为0-8% 的 Al。 本专利技术的一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料的热处理方法，其特征在于采用真空均匀化热处理使合金获得均匀的单相组织或细小的第二相弥散分布于均匀的阳极基体上。 本专利技术的一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料的热处理方法，其特征在于其合金惰性阳极材料均匀化热处理温度处于合金低熔点相溶解温度以下20-50°C。 本专利技术的一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料的热处理方法，其特征在于其真空均匀化热处理过程的步骤包括:(1)在室温下将加热炉抽真空至KT1-KT2Pa,然后充入高纯氮或高纯氩至真空度为10-1OOOPa； (2)将合金以5-10°C/min的升温速率缓慢升温至1100_1300°C ；(3)将合金在合适的温度下保温12-60h，使合金第二相充分回溶，得到合金的均匀单相组织；(4)保温结束后，迅速向炉膛充入惰性保护气至炉内压强达到2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Cu‑Ni‑Fe基合金惰性阳极材料，其特征在于阳极材料的质量比成份包括：28%‑72%的Cu，18％‑42％的Ni，12%‑34％的Fe，该三种元素的质量百分含量和为92‑100%。
【技术特征摘要】
1.一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料，其特征在于阳极材料的质量比成份包括:28%-72%的Cu，18% -42%的Ni，12%_34%的Fe，该三种元素的质量百分含量和为92_100%。2.根据权利要求1所述的一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料，其特征在于还包括质量分数为0-8%的Al。3.根据权利要求1所述的一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料的热处理方法，其特征在于采用真空均匀化热处理使合金获得均匀的单相组织或细小的第二相弥散分布于均匀的阳极基体上。4.根据权利要求3所述的一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料的热处理方法，其特征在于其合金惰性阳极材料均匀化热处理温度处于合金低熔点相溶解温度以下20-50°C。5.根据权利要求3所述的一种Cu-N1-Fe基合金惰性阳极材料的热处理方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建红，刘英，彭伟平，张刚，杨文杰，李冬生，郭洁，
申请(专利权)人：中国铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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