专利名称：一种镍基金属间化合物惰性阳极的制造方法及应用方法
技术领域：
本发明涉及适用于氧化物、氢氧化物熔盐体系中惰性阳极的镍基金属间化合物材料，特别涉及到镍基镍铝、镍硅、镍铝硅金属间化合物及其在氧化物、氢氧化物熔盐中作为惰性阳极材料的应用。
背景技术：
在含氧的氯化物或氧化物熔盐中电解还原氧化物制备金属材料是近十余年来国际冶金界和材料界的研究热点(G. Z. Chen, et al. Nature, (407)2000, 361-364; D. R. Sadoway, J. Mater. Res. , (10) 1995, 487-492)。在目前的氯化物熔盐体系的研究中， 所研究的惰性阳极多为二氧化锡、贵金属钼或氧化物陶瓷(CaRuO3)阳极，但在实际应用中， 二氧化锡阳极在经过一段时间使用后会形成钝化膜，而贵金属钼在高温的氯化物熔盐中不够稳定，CaRuO3 陶瓷阳极稳定性好(S. Q. Jiao, D. J. Fray. Metall. Mater. Trans. B, (2010) 74-79)，但其昂贵的价格和稀缺性会制约其大规模应用。而氧化物熔体电解 (Molten Oxide Electrolysis)是在高温熔融氧化物熔盐中直接电解生产液态金属，在高温条件下，目前所使用的惰性阳极多数为金属Ir，但其昂贵的价格和稀缺性也限制了其广泛应用。因此，研究氯化物或氧化物或其他熔盐体系中的具有广泛使用价值的惰性阳极具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中氯化物或氧化物熔体中的惰性阳极材料昂贵而不稳定的不足，提供一种稳定性强、加工性能好的适用于氧化物、氢氧化物熔盐体系中的惰性阳极。本发明一种镍基金属间化合物惰性阳极，其特征在于所述惰性阳极用于氧化物或氢氧化物熔体，所述原料质量比为x%Ni、y%Al、z%Si，其中x=100-y-z, 1≤y≤30，
1 ≤ζ ≤Z 20 。本发明一种镍基金属间化合物惰性阳极，其特征在于所述惰性阳极用于氧化物或氢氧化物熔体，所述惰性阳极为二元金属间化合物，所述原料质量比为x%Ni、y%Al、 z%Si，其中y或ζ等于0。进一步的，如上所述的一种镍基金属间化合物惰性阳极，其特征在于还含有质量含量小于0. 5%的Fe、Cr、Mo、Pt等元素。一种镍基金属间化合物惰性阳极的制造方法，其特征在于，所述方法如下
控制不同质量比的原料x%Ni、y%Al、z%Si，其中x=100-y_z，1≤y≤30，1≤Z≤20 ；当设定为二元金属间化合物时，y或ζ等于0 ；利用高温真空熔炼炉制取板材或棒材状金属间化合物，并经过一定的表面处理后作为氧化物或氢氧化物熔体中的惰性阳极使用。一种镍基金属间化合物惰性阳极的应用方法，其特征在于，所述方法是惰性阳极用于氧化物熔盐体系或氢氧化物熔盐体系。进一步的，所述氧化物熔盐体系为含有Na20、Ca0、403、Si02、Al203中的多元氧化物体系。进一步的，所述多元氧化物体系为Na2O-B2O3-SiO2Al2O3三元系、CaO-B2O3-SiO2/ Al2O3三元系。进一步的，所述氢氧化物熔盐体系为碱金属氢氧化物熔体，具体为Li0H、Na0H、K0H 中的一种或一种以上的混合熔盐，同时其中会溶解有适量的碱金属氧化物Li20、Na2O及其他氧化物，如CaO、A1203、SiO2等。在电解过程中，镍基金属间化合物作为惰性阳极使用，金属氧化物溶解在熔盐中或烧结成块体作为阴极块体。从而，在电解时，金属离子在阴极处或阴极区域得到电子成为单质金属或合金，氧离子在镍基金属间化合物的惰性阳极表面放电，析出氧气，相对应的反应为
(Γ - = O2
析出氧气的时间和析出量采用在线气体监测系统进行在线监测，从而，在获得阴极金属或合金的同时，阳极副产物为绿色无害的氧气，而非使用石墨阳极时具有温室效应的碳氧化合物。本发明的有益效果在于本发明的镍基镍铝、镍硅、镍铝硅金属间化合物惰性阳极具有高稳定性、高导电性、易于加工同时价格相对低廉的特点，不同于其他金属阳极和氧化物陶瓷阳极。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明作进一步说明，实施例在于进一步说明而非限制本发明。实施例1以金属Ni和Al为原料，取质量百分比为90%Ni :10%A1，通过真空熔炼的方式制取镍基MAl板材或棒材金属间化合物，对金属间化合物表面进行打磨、清洗、干燥处理后使用。实施例2以Ni、Al、Si为原料，取质量百分比为95%Ni :2%A1 :3%Si，通过真空熔炼的方式制取镍基MAlSi板材或棒材金属间化合物，对金属间化合物表面进行打磨、清洗、 干燥处理后使用。实施例3以通过熔炼制备的镍基NiAl金属间化合物为阳极，以烧结成的Fe52O3块体为阴极，以恒电位或恒电流的方式在500°C的NaOH熔盐体系中连续电解，在阴极上氧化铁还原为金属Fe，阳极上则析出氧气，阳极气体通过气体在线监测系统进行实时监测。实施例4以通过熔炼制备的镍基NiSi金属间化合物为阳极，以金属镍棒为阴极， 以恒电位或恒电流的方式在500°C的NaOH熔盐体系中连续电解，在阴极上氧化铁还原为金属Fe，阳极上则析出氧气，阳极气体通过气体在线监测系统进行实时监测。
实施例5以通过熔炼制备的镍基NiAlSi金属间化合物为阳极，在800 V的 Na2O-B2O3-SiO2-TiO2氧化物熔盐体系中以恒电位或恒电流的方式连续电解，在阴极界面 TiO2还原为金属Ti，阳极上则析出氧气，阳极气体通过气体在线监测系统进行实时监测。
权利要求
1.一种镍基金属间化合物惰性阳极，其特征在于所述惰性阳极用于氧化物或氢氧化物熔体，所述原料质量比为:x%Ni、y%Al、z%Si，其中X=100-y-z, 1彡y彡30，1彡ζ彡20。
2.一种镍基金属间化合物惰性阳极，其特征在于所述惰性阳极用于氧化物或氢氧化物熔体，所述惰性阳极为二元金属间化合物，所述原料质量比为x%Ni、y%Al、z%Si，其中y或ζ等于0。
3.根据权利要求1或2所述的一种镍基金属间化合物惰性阳极，其特征在于还含有质量含量小于0. 5%的Fe、Cr、Mo、Pt等元素。
4.权利要求1或2所述的惰性阳极的制造方法，其特征在于，所述方法如下控制不同质量比的原料x%Ni、y%Al、z%Si，其中x=100-y_z，l彡y彡30，1彡ζ彡20 ；当设定为二元金属间化合物时，y或ζ等于0 ；利用高温真空熔炼炉制取板材或棒材状金属间化合物，并经过一定的表面处理后作为氧化物或氢氧化物熔体中的惰性阳极使用。
5.权利要求1或2所述的惰性阳极的应用方法，其特征在于，所述方法是惰性阳极用于氧化物熔盐体系或氢氧化物熔盐体系。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述氧化物熔盐体系为含有Na20、CaO,B2O3^SiO2, Al2O3中的多元氧化物体系。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述多元氧化物体系为Na2O-B2O3-SiO2/Al2O3 三元系、CaO-B2O3-SiO2Al2O3 三元系。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述氢氧化物熔盐体系为碱金属氢氧化物熔体，具体为LiOH、NaOH, KOH中的一种或一种以上的混合熔题体，同时其中会溶解有适量的碱金属氧化物Li20、Na20及其他氧化物，如Ca0、Al203、SiO2等。
全文摘要
本发明涉及适用于氧化物、氢氧化物熔盐体系中惰性阳极的镍基金属间化合物材料，特别涉及到镍基镍铝、镍硅、镍铝硅金属间化合物及其在氧化物、氢氧化物熔盐中作为惰性阳极材料的应用。一种镍基金属间化合物惰性阳极，其特征在于所述惰性阳极用于氧化物或氢氧化物熔体，所述原料质量比为x%Ni、y%Al、z%Si，其中x=100-y-z，1≤y≤30，1≤z≤20。本发明的有益效果在于本发明的镍基镍铝、镍硅、镍铝硅金属间化合物惰性阳极具有高稳定性、高导电性、易于加工同时价格相对低廉的特点，不同于其他金属阳极和氧化物陶瓷阳极。
文档编号C25C3/00GK102560562SQ201210047578
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者朱鸿民, 焦树强, 王伟, 王树博, 葛建邦 申请人:北京科技大学