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Ti-Al层状复合电极材料制备工艺与性能的研究

作　者: 杨秀琴
导　师: 竺培显
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 钛阳极 基体材料 层状复合 电化学性能 Ti-Al结合界面
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


电极是湿法电解冶金和电化学工业(氯碱工业、海水电解污水处理、电镀、有机电合成等)重要的装备器件,电极材料的选择直接关系到电解和电化学过程的稳定性、产品的产率和质量、运行成本、电能消耗和对周边环境的污染性等。因此,电极材料一直是该领域关注的研究热点。目前应用于有色金属提取工业的不溶性阳极主要有铅基合金阳极和涂层钛电极(以下简称钛阳极)。钛阳极与铅基合金电极相比,具有尺寸稳定、析氯析氧过电位低、耐蚀性好、质量轻、强度高等优点,自1965年问世以来,钛阳极迅速成功地应用与氯碱工业、被誉为氯碱工业的一项重大技术革命。然而,目前对钛阳极的研究仅限于涂层配方、制备工艺、涂层结构设计、涂层电极应用方面,虽然取得了一定的研究成果。但是,钛阳极基体材料电阻率大,造成电极电位高、表面电势分布不均匀的弱点成为进一步提高钛阳极综合性能的主要瓶颈。本文从电极基体材料内部的组成结构入手,改变传统电极基体材料结构模式,提出铝为内芯、外层由钛包覆的层状复合结构基体材料设计方案。其技术思想是：电极内芯有效利用铝的优良导电性,将起到降低内阻、均化电流分布的作用,外层采用钛包覆,仍保持原有的电化学性质。通过阅读相关文献,对Ti-Al的复合采用了镀覆法、真空上引法、热压扩散焊等制备方法,成功的制备出了Ti-Al层状复合电极材料,利用扫描电子显微镜、能谱仪、电化学工作站等分析测试手段,对Ti-A1层状复合电极材料的界面和性能进行表征。研究结果表明三种方法均能制备出Ti-Al层状复合材料,并使Ti与Al实现了冶金式结合；同时制备出的Ti-A1层状复合材料实现冶金式结合的情况下,与纯Ti相比,电阻明显降低,降幅达50%-90%；电化学性能明显提高,在同一电极电位下,极化电流大于纯Ti基阳极,且制备工艺条件对电化学性能的影响与对电阻率的影响是一致的。这也说明金属基体的导电性能将直接影响着电极材料的电化学催化性能,因此,改变电极基体材料的组成结构不但降低了电阻成本、改善了电极的性能、也达到了节能降耗的目的。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-24
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 钛阳极的研究动态  10-15
  1.3 层状金属复合材料的研究现状  15-21
  1.4 钛阳极存在问题  21-22
  1.5 本课题研究的目的和意义  22-23
  1.6 本课题的主要研究内容  23-24
第二章 实验方法及专用设备的设计与研制  24-32
  2.1 试验材料与设备  24-26
  2.2 试验方案设计  26-28
  2.3 真空上引设备的设计与研制  28-29
  2.4 热压扩散焊炉的设计与研制  29-32
第三章 Ti-Al层状复合电极材料制备与性能测试  32-41
  3.1 镀覆法  32-33
  3.2 真空上引法  33-35
  3.3 热压扩散焊法  35-37
  3.4 涂层  37
  3.5 分析与检测  37-41
第四章 Ti-Al层状复合材料界面微观组织形貌分析  41-51
  4.1 镀覆法制备的Ti-Al层状复合电极材料的界面微观组织形貌分析  41-43
  4.2 真空上引法制备的Ti-Al层状复合电极材料界面组织形貌分析  43-48
  4.3 热压扩散焊法制备的Ti-Al层状复合电极材料的界面组织形貌分析  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 Ti-Al复合电极材料性能测试结果与分析  51-63
  5.1 镀覆法制备的Ti-Al复合电极性能测试结果与分析  51-53
  5.2 真空上引法制备的Ti-Al复合电极性能测试结果与分析  53-58
  5.3 扩散焊法制备的Ti-Al复合电极性能测试结果与分析  58-61
  5.4 Ti-Al层状复合电极材料的电势分布情况  61-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章 Ti-Al复合材料与电极电化学性能的作用机理  63-65
  6.1 组成结构与性能的内在联系  63-64
  6.2 Ti-Al结合界面演变对电极性能的影响  64-65
第七章 结论  65-67
  7.1 本文结论  65
  7.2 本文的创新之处  65-66
  7.3 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-73
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料
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