铝电解用NiFe_2O_4基金属陶瓷的制备

以铝电解惰性阳极为应用目标 ,制备了不同金属相 (Cu Ni)含量的Ni Cu NiFe2 O4 金属陶瓷 ,研究了烧结气氛、温度和保温时间对其性能的影响 ,解决了烧结过程中氧化物陶瓷的离解和金属相被氧化的问题 ,比较了不同烧结条件下所得试样的基本物理参数 ,找到了较优的Ni Cu NiFe2 O4 金属陶瓷制备工艺。结果表明 :Cu NiFe2 O4 金属陶瓷的金属相中添加 15wt%Ni后 ,可以提高金属相的液相线温度 ,改善金属相对NiFe2 O4 陶瓷相的润湿性能 ,从而可在保证金属相不溢出且分布均匀的前提下 ,大大提高金属陶瓷的烧结温度和保温时间 ,显著提高金属陶瓷的致密度 ,进而改善金属陶瓷惰性阳极的耐腐蚀性能和导电性能。

NiFe_2O_4基金属陶瓷的高温抗氧化性

采用等温热重法,测试了NiFe2O4基金属陶瓷在1000℃时的抗氧化性能,研究了材料相对密度、金属相成分及含量对其抗氧化性能的影响,探讨了金属陶瓷氧化过程的动力学。研究结果表明:当NiFe2O4基金属陶瓷的氧化层厚度增长到一定程度后,随时间的延长其厚度变化渐趋缓慢;当金属相含量在5%～20%范围时,材料的高温抗氧化性能主要受其相对密度影响,与金属相成分及含量无关,提高金属陶瓷的致密度有利于提高其抗氧化性能,当相对密度为95%时,在1000℃氧化600min后其氧化层厚度小于3μm;控制金属陶瓷的致密度和高温下的氧化时间,能有效地控制金属陶瓷的氧化层厚度;金属陶瓷在1000℃时的氧化过程动力学特征与金属相的氧化过程动力学特征相似。

电流密度对铝电解NiFe_2O_4基金属陶瓷惰性阳极腐蚀的影响

在Na3AlF6-K3AlF6-AlF3-Al2O 3熔体中,研究电流密度对22(Ni+Cu)/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的影响,并分析腐蚀后阳极的微观结构。结果表明,随着电流密度的升高,NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极腐蚀从以化学溶解腐蚀为主逐渐转变为以电化学腐蚀为主,腐蚀率先降低而后增大。当电流密度从1.0 A/cm2增大至1.6 A/cm2时,阳极年腐蚀率从1.22 cm/a降低至0.137 cm/a;进一步提高电流密度至4.0 A/cm2时,阳极年腐蚀率增大到4.96 cm/a。

铝电解NiFe_2O_4基金属陶瓷惰性阳极性能研究进展

N iFe2O4基金属陶瓷是最具应用前景的铝电解惰性阳极材料,国内外对其性能与制备技术进行了大量研究。评述了N iFe2O4基金属陶瓷惰性阳极烧结性能、高温导电性能、耐腐蚀性能、高温抗氧化及抗热震性能的最新研究进展及存在的主要问题,探讨了惰性阳极材料的未来研究重点及发展趋势。

铝电解用NiFe_2O_4基金属陶瓷惰性阳极电解腐蚀研究

采用传统粉末冶金技术制备了铝电解用5Cu/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极,并对其在20和40℃过热度下Na3AlF6-AlF3-Al2O3电解质中的电解腐蚀进行了研究。研究结果表明,过热度的升高对电解后阳极的外观形貌无明显的影响。不同过热度下阳极边部均存在腐蚀现象,但阳极内部相对保持完好。低温电解槽电压比传统电解温度槽电压波动大。过热度升高槽电压波动幅度降低。20和40℃过热度下,Fe、Ni和Cu腐蚀组元在电解质中的平衡浓度分别为140×10-6、35×10-6、44×10-6和142×10-6、36×10-6、34×10-6。过热度的升高对阳极腐蚀组元在电解质中的平衡浓度无明显影响。电解温度的降低减小了阳极腐蚀组元在电解质中的平衡浓度。

NiFe_2O_4基金属陶瓷惰性阳极腐蚀组元在电解质中的传质研究

通过计算铝电解用NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极腐蚀组元Fe、Ni和Cu在铝电解质中的传质系数,讨论了不同过热度下不同阳极腐蚀组元在电解质中的传质行为。结果表明,过热度对不同腐蚀组元的影响不明显,Cu的抗腐蚀性能最好,Ni次之,而Fe最差。

Nb_(2)O_(5)含量对原位碳热还原法制备的Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以原位碳热还原法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了Nb_(2)O_(5)添加量对金属陶瓷显微组织和力学性能的影响规律。结果显示:当添加Nb_(2)O_(5)的质量分数由0增加至2.80%时,金属陶瓷硬质相晶粒明显细化,显微组织中“白芯-灰环”晶粒数量增多;室温抗弯强度、硬度、临界热震温差和高温抗弯强度有所增加,但断裂韧性略微降低。随着Nb_(2)O_(5)的添加量继续增加,金属陶瓷显微组织中出现孔洞,室温抗弯强度、硬度、临界热震温差、高温抗弯强度和断裂韧性均不断下降。当Nb_(2)O_(5)的添加量为2.80%时,金属陶瓷表现出最佳的综合力学性能,其室温抗弯强度、硬度、断裂韧性、临界热震温差和高温抗弯强度分别为:2439MPa、90.6HRA、12.8MPa•m^(1/2)、360℃、1519MPa。

Co添加对17Ni-(10NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷的致密化及力学性能的影响

为了改善17Ni-(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷惰性阳极中金属相的分布,在原料中添加不同含量的Co,以Co-Ni取代纯Ni作为金属相,采用真空烧结方法制备17(x Co-Ni)-(10NiO-NiF e2O4)金属陶瓷,并研究Co添加量对金属陶瓷物相组成、显微组织、致密度及力学性能的影响。结果表明:烧结样品主要由Co-Ni、Ni Fe2O4、Ni O组成,部分Co与陶瓷基体反应生成CoO与Fe2O3。添加适量Co可以改善金属相在陶瓷相的分布和形貌,使团聚孤立的金属相分布均匀,且部分球状金属相变为长条状金属相;同时,添加适量Co还可以促进烧结,提高试样的致密度。适量Co的添加还能降低晶粒尺寸,大幅提高金属陶瓷材料强度与韧性。当Co质量分数为金属相的20%时,金属陶瓷的综合性能最好,致密度、抗弯强度、断裂韧性及硬度分别达到96.87%、163.65 MPa、8.38 MPa/m1/2和820.81HV。

CoO掺杂对15(20Ni-Cu)/(NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷导电性能的影响

在15(20Ni-Cu)/(NiO-NiFe2O4)金属陶瓷中掺杂CoO,制备15(20Ni-Cu)/[10(xCoO-yNiO)-90NiFe2O4]金属陶瓷,研究CoO掺杂量x对15(20Ni-Cu)/(NiO-NiFe2O4)金属陶瓷材料的烧结致密化、物相组成以及电导率的影响。结果表明:当CoO掺杂量x为0～10%时,烧结样品中主要含有NiO、NiFe2O4、CuNi固溶体三相,Co2+离子嵌入到NiO-NiFe2O4陶瓷基体中取代部分Ni2+,形成NixCo1?xFe2O4和NiyCo1?yO相。CoO掺杂能提高该金属陶瓷的烧结致密度和电导率,1 300℃烧结掺杂10%CoO样品的致密度和960℃高温电导率分别高达97.77%和53.04 S/cm,而未掺杂样品的致密度和高温电导率分别为97.13%和43.35 S/cm,掺杂CoO可使15(20Ni-Cu)/(NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的高温电导率提高22%。

Cr_2O_3掺杂对17Ni/(10NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷的致密化及抗熔盐腐蚀性能的影响

采用常规冷压烧结技术制备Cr_2O_3掺杂17Ni/(10NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷试样,并研究Cr_2O_3不同掺杂量对金属陶瓷材料物相组成、显微组织、烧结致密化和电解温度(960℃)下的抗熔盐腐蚀性能的影响。结果表明:Cr_2O_3掺杂后固溶在陶瓷基体相NiFe_2O_4晶格内,导致晶格发生畸变,促进了烧结致密化。随着Cr_2O_3掺杂量逐步加大,试样的致密度也逐步提高,当Cr_2O_3掺杂量达到4%时,致密度高达99%,比未掺杂Cr_2O_3的试样提高了4.98%。同时发现掺杂适量的Cr_2O_3能够明显改善17Ni/(10NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷抗熔盐腐蚀性能,当Cr_2O_3的掺杂量为2%时,试样在熔盐腐蚀中更易生成致密的腐蚀反应层,抗熔盐腐蚀性能最优异,熔盐腐蚀率最低,为1.7736×10^(-3)g·cm^(-2)·h^(-1),约为未掺杂Cr_2O_3的1/3。

溶剂热法合成NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒及其光催化降解亚甲基蓝实验

本文以3种溶剂合成了不同形貌特征的尖晶石型NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒,并利用紫外-可见分光光度计测试了其对工业标准染料亚甲基蓝(MB)的降解效率。结果表明,使用乙二醇为溶剂合成的NiFe_(2)O_(4)纳米颗粒,催化剂用量为4g·L^(-1)、亚甲基蓝初始浓度为20mg·L^(-1)、pH值为2~4、温度为50℃、H_(2)O_(2)投加量为20mL·L^(-1),在紫外光源照射60min左右时,超过95.4%的亚甲基蓝染料被降解。表征结果表明,使用乙二醇为溶剂合成的NiFe_(2)O_(4)有着轮廓清晰的纺锤体性质,伴随着多孔性以及高透明度,可以有效地对紫外光进行吸收,更快地形成电子-空穴对,对亚甲基蓝进行分解。通过自由基淬灭实验对制备的NiFe_(2)O_(4)纳米粒子的光催化机理进行了研究,并通过重复循环实验研究了制备的NiFe_(2)O_(4)纳米粒子的稳定性。

石墨烯/纳米Al_(2)O_(3)增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al_(2)O_(3)增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al_(2)O_(3)对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al_(2)O_(3)的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al_(2)O_(3)含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^(1/2)。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^(-6)mm^(3)/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。

Nb_(2)O_(5)含量对Fe/FeAl_(2)O_(4)金属陶瓷结构和力学性能的影响

以白云鄂博铁精矿和Al_(2)O_(3)粉末为主要原料,采用铁精矿可控碳热还原原位生成Fe和FeAl_(2)O_(4),常压高温烧结制备Fe/FeAl_(2)O_(4)金属陶瓷,并探讨了Nb_(2)O_(5)含量对材料性能和微观结构的影响。结果表明,制备的金属陶瓷中两相分布均匀;添加Nb_(2)O_(5)可以活化陶瓷颗粒表/界面而利于烧结,并可促进陶瓷相形成柱状微纳米晶;当Nb_(2)O_(5)含量为2%时,可明显改善力学性能,优化条件下金属陶瓷的维氏硬度和抗弯强度分别达到596 MPa和132 MPa,此时金属陶瓷的断裂属于韧性断裂。研究可为低成本制备金属陶瓷提供一条工艺路线,并可以充分利用白云鄂博矿特有的关键战略元素铌资源。

氧载体NiFe_(2)O_(4)与褐煤的化学链燃烧反应特性实验研究

本实验制备了氧载体NiFe_(2)O_(4),并通过热重分析试验系统研究了其对褐煤的氧化还原性能。使用扫描电镜、比表面积和X射线衍射实验表征了表面结构,与NiO和Fe_(2)O_(3)相比,NiFe_(2)O_(4)中Ni的存在增大了比表面积和孔隙体积,提高了褐煤化学链燃烧过程中的反应活性和氧传递能力。此外,循环实验证实了NiFe_(2)O_(4)高反应活性的稳定性。

NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料的制备及电催化HMF氧化性能研究

利用五羟甲基糠醛(HMF)电合成的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)具有与对苯二甲酸相似的结构和性质,为开发可降解性塑料、减少白色污染提供可能。利用CO_(2)激光成功合成了NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料,其微观形貌呈纳米颗粒镶嵌的氧化石墨烯结构。原位拉曼光谱表明,与Fe_(5)O_(12)/rGO电极材料相比,在HMF电催化氧化过程中NiFe_(2)O_(4)/rGO表面重构为NiOOH和FeOOH物种,证实了Ni的加入使材料更易发生表面重构。表面重构的NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料在100 mA·cm^(-2)时过电位降低至26 mV,且较制氧反应(OER)过电位降低约182 mV。表面重构后的电极材料拥有更大的比表面积,促进了反应物与电极材料的接触。反应物的转化率、目标产物的选择性及法拉第效率分别为99.8%、99.3%和87.6%。本研究为元素加入促进催化材料表面重构进而提高HMF的电催化氧化活性提供了有效途径。

TiO_2和WO_3复合掺杂金属陶瓷的致密化及抗高温氧化性

采用真空烧结技术制备TiO_2和WO_3复合掺杂17Ni/(NiFe_2O_4-10NiO)金属陶瓷试样,研究TiO_2和WO_3复合掺杂剂对试样物相组成、显微组织、烧结致密化和抗高温氧化性的影响。结果表明:TiO_2和WO_3复合掺杂后无新相生成,而是固溶到NiFe_2O_4晶格中,产生晶格畸变和空位,使致密度提高;TiO_2和WO_3复合掺杂有利于17Ni/(NiFe2O_4-10NiO)金属陶瓷形成更加致密的具有氧化保护性的致密层,阻碍金属Ni向外迁移,提高试样的抗高温氧化性,其中TiO_2和WO_3复合掺杂量为2%(比例为3∶1)和3%(比例为1∶3)时,试样的抗高温氧化性最好,其氧化30h后的氧化层厚度大约为80μm,比未掺杂试样降低了38.46%。

金属陶瓷5Cu/(10NiO-NiFe2O4)在KF(K3AlF6)-AlF3-Al2O3熔体中的电解腐蚀

采用粉末冶金技术,制备出组成为5Cu/(10NiO-NiFe2O4)的金属陶瓷惰性阳极,并对其在电解质KF(K3AlF6)-AlF3-Al2O3熔体中的电解腐蚀行为进行了研究.实验结果表明,对于添加KF或K3AlF6的电解质组成,电解质中杂质元素浓度在电解初期相对稳定,而后呈上升趋势;由于铝热还原反应的加剧,电解后阳极腐蚀严重;与传统电解质组成相比,采用低温电解质有利于减缓NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极的腐蚀,但需提高熔体导电能力和解决电解过程阴极结壳等问题.

铝电解用NiFe_2O_4基惰性阳极的研究

本文以Ｎｉ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３为原料烧结制备了ＮｉＦｅ２Ｏ４基料，进而制取了ＮｉＦｅ２Ｏ４基惰性阳极试样，通过对阳极试样的导电性能和腐蚀性能的研究。

烧结温度对NiFe_(2)O_(4)/TiN复合陶瓷惰性阳极材料性能的影响

采用两步烧结法制备了掺杂质量分数为7%TiN的NiFe_(2)O_(4)/TiN复合陶瓷惰性阳极材料,重点研究了烧结温度对NiFe_(2)O_(4)/TiN复合陶瓷惰性阳极材料的微观结构及性能的影响.研究结果表明:随着烧结温度的升高,惰性阳极材料的晶粒间隙变小,气孔逐渐减少,晶粒间结合度提高,体积密度呈先升高后降低趋势,在1325℃时达到最大值5.20g/cm^(3),但材料内部存在微裂纹;烧结温度为1300℃时,材料表现出较好的综合性能,抗弯强度达到最大值66.77MPa,一次热震强度剩余率为95.54%,表现出良好的耐高温冰晶石熔盐腐蚀能力;烧结温度超过1300℃时,材料内部缺陷尺寸增加,电解质成分更容易渗入到阳极材料中,耐腐蚀性能下降.

NiFe_(2)O_(4)/BiOCl复合材料的制备及光催化降解甲基橙综合实验设计

该文设计了基于低温水浴法制备NiFe_(2)O_(4)/BiOCl复合光催化剂的综合实验,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜等对样品进行了物相及形貌分析,并以可见光下甲基橙(MO)的降解程度评价其光催化活性。结果表明,当NiFe_(2)O_(4)质量百分数为2%时,所得复合纳米材料的光催化活性最优,甲基橙在105 min时降解率达到了80.62%。该实验设计简单,涵盖了复合材料的合成、测试表征及光催化性能评价等知识点,便于学生理解材料结构与性能的关系,同时能够提升学生的科研创新意识和综合实践能力。