棒状钛包铝基惰性复合阳极材料的脉冲电沉积制备及其电化学性能表征
发布时间：2020-08-13 07:16
【摘要】：在电积锌产业中,主要使用的阳极材料是铅阳极,该种阳极存在着诸多问题,如机械强度低,易变形,阳极易溶解,污染阴极电解锌质量等。为了解决这些问题,研究者们提出了多种解决方法,如:在铅阳极中添加其他金属,形成合金,改善阳极电化学性能;使用钛基Pb02阳极来替代传统铅阳极。这其中,研究较多的主要在钛基PbO2阳极,虽然钛基PbO2阳极有着较强的耐蚀性,优异的催化活性,优良的机械强度等优点,但是随之而来的,其也存在着内应力大易脱落,工序复杂制备成本高等问题,使得其在应用过程中受到很多制约。本文针对钛基Pb02电极存在的这些问题,首先制备出一种以铝为内芯,钛管包覆在外的棒状钛包铝基体,并通过热处理使钛铝之间紧密结合。其次通过添加WC微米改性颗粒,采用脉冲电沉积的方法,直接在基体表面制备了碳化钨改性Pb02复合阳极材料,制备出棒状钛包铝基改性复合阳极材料。利用金相显微镜、扫描电镜观察钛包铝基体的组成、结构。使用阳极极化曲线,塔菲尔曲线等电化学手段测试各个制备条件对阳极的电化学性能的影响;使用X射线衍射光谱,拉曼光谱,电化学阻抗谱等方法研究了温度对镀层残余应力的影响。通过以上实验手段,获得如下结果:通过退火热处理方式(将棒状钛包铝放入马弗炉内,随炉升温至700℃,随后保温1h,随炉降温至室温)得到的棒状钛包铝实现了钛铝层的紧密结合,两层金属之间由原来的机械结合方式变成了冶金结合方式,其中间层的物质为TiAl3。使用退火处理后的钛包铝电沉积制备改性阳极材料时,基体对阳极材料的表面形貌影响不大,但是可以有效降低沉积电位。通过单因素实验最终确定的优化工艺为:Pb(N03)2 浓度:210g/L,NaF 浓度:0.5g/L,Cu(N03)2 浓度:25g/L,WC添加量:40g/L,O-7浓度:0.5g/L平均脉冲电流密度:31.25mA/cm2,脉冲电流占空比:30%,脉冲电流频率:20 Hz。在此工艺条件下制备的改性阳极材料的析氧电位较低,为3.2139 V,拥有较好的电催化活性;耐蚀性也较好,腐蚀电流密度为4.194×10-6 A/cm2。WC颗粒的加入以及适当的脉冲工艺条件可以有效的改善镀层形貌,提高电极耐蚀性和电催化活性。在模拟电积锌体系中,WC颗粒改性阳极具有更高电流效率。在阳极失效过程的研究中,将改性阳极的电解过程被分为三部分:电解初期,电解稳定期,电解末期。电解初期主要伴随电极表面的腐蚀,电极表面呈现无规则状态;电解稳定期电极表面形貌稳定,大面积分布有方体晶粒;电解末期电极进一步腐蚀,规则的表面形貌丧失。使用XRD方法测试残余应力表明:所制备样品均具有张应力,改变施镀温度,电沉积时间可以明显改变Pb02镀层的应力大小;WC颗粒的加入并不会明显改变镀层的应力状况。较大的应力会使电极材料的耐蚀性变差。拉曼光谱分析残余应力发现:测试结果与XRD方法结果一致,并最终确定应力因子为1052.594 MPa/cm-1,无应力光谱位置为X=519.066cm-1。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF813
【图文】：
１．１锌冶金概述逡逑锌是人类最早使用到的金属之一。早在商周时期，人们最先利用到的青铜器逡逑具就是一种铜锌锡的合金；金属锌被提炼出来，则是在唐代；到了明代，我国的逡逑炼锌技术取得了长足的发展，处在世界领先水平。欧洲早期的锌冶炼技术是由我逡逑国传入的，直至十九世纪蒸馏法炼锌技术的出现，欧洲冶锌技术才有大的发展。逡逑我国铅锌矿众多储藏量庞大，大部分集中在云、桂、|怠⑹瘛⑾妗⒙ぁ⑶唷㈠义厦傻劝烁鍪。ㄗ灾吻Ｕ庑┦。ㄗ灾吻┑那π靠蟛卮⒘看锏搅巳艽⒘康模福埃罚ュ义弦陨稀Ｎ夜⒌那π靠笞试粗饕蚧螅俪鱿盅趸笞试础＃保福反Υ笾绣义闲托靠笾写笮托靠笥校矗创Γ既模罚叮叮ァＮ夜唤銮π看⒉亓烤薮螅卞义衔夜那π孔试蠢昧恳彩挚晒邸Ｔ冢玻埃埃茨甑氖焙颍皇切坎烤痛锏藉义狭隋澹玻担保雇蚨郑嫉搅巳蛐坎康模保矗蕹銎溆摇ｅ义
本文编号：2791699
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF813
【图文】：
１．１锌冶金概述逡逑锌是人类最早使用到的金属之一。早在商周时期，人们最先利用到的青铜器逡逑具就是一种铜锌锡的合金；金属锌被提炼出来，则是在唐代；到了明代，我国的逡逑炼锌技术取得了长足的发展，处在世界领先水平。欧洲早期的锌冶炼技术是由我逡逑国传入的，直至十九世纪蒸馏法炼锌技术的出现，欧洲冶锌技术才有大的发展。逡逑我国铅锌矿众多储藏量庞大，大部分集中在云、桂、|怠⑹瘛⑾妗⒙ぁ⑶唷㈠义厦傻劝烁鍪。ㄗ灾吻Ｕ庑┦。ㄗ灾吻┑那π靠蟛卮⒘看锏搅巳艽⒘康模福埃罚ュ义弦陨稀Ｎ夜⒌那π靠笞试粗饕蚧螅俪鱿盅趸笞试础＃保福反Υ笾绣义闲托靠笾写笮托靠笥校矗创Γ既模罚叮叮ァＮ夜唤銮π看⒉亓烤薮螅卞义衔夜那π孔试蠢昧恳彩挚晒邸Ｔ冢玻埃埃茨甑氖焙颍皇切坎烤痛锏藉义狭隋澹玻担保雇蚨郑嫉搅巳蛐坎康模保矗蕹銎溆摇ｅ义
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