專利名稱：硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層陰極碳塊及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解工業(yè)用陰極材料及其制備方法。特別涉及鋁用電解槽的硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層陰極碳塊的制備方法。
一種硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層陰極碳塊，在普通陰極碳塊、半石墨陰極碳塊和高石墨陰極碳塊上用大氣常壓氣氛下等離子噴涂方法制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層，該層與碳塊基體緊密結合在一起，硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層作為電解槽的工作面，其特征在于制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層的硼化鈦金屬陶瓷復合材料粉末配方重量百分組成是Ti60-80％，C6-9％，Zr1-3％，B15-30％，最佳組成為Ti65.5-75％，C7-8％，Zr1.5-2.5％，B18-22％。
制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層的制備步驟如下1、制備噴涂用粉末，粒度在-80～+300目；2、碳塊表面予處理包括粗糙化、予熱200℃；3、在大氣常壓氣氛下等離子噴涂，使用氬氣、氮氣和氫氣混合氣體送粉，其中氬氣為10～20％，氫氣為5～15％，余量為氮氣，混合氣體的總流量保持在30～80升/分，涂層厚度為0.5～1.2mm，最佳涂層厚度為0.8～1.0mm；4、冷卻后進行機加工為產(chǎn)品。
與已有技術相比，本發(fā)明有以下特點1.制備出用于大氣常壓氣氛下等離子噴涂碳材料的專用硼化鈦金屬陶瓷復合材料粉末；在20～1000℃的溫度范圍內，涂層的熱膨脹系數(shù)約為5.7×10-6/℃，和碳陰極的熱膨脹系數(shù)4×10-6/℃相近；涂層電阻率在900℃時為7.5μΩm；涂層厚度為0.5～1mm；涂層與碳基材料的結合力約為5.2MPa，結合牢固；涂層有良好的抗鈉蝕性能，并且溶解損失速度較慢，適合于進行工業(yè)規(guī)模的推廣應用。
2.與真空等離子噴涂方法相比，由于不需要真空系統(tǒng)，設備投資小，成本低。
制備步驟如下1.碳塊表面予處理包括粗糙化、予熱200℃；2.在大氣常壓氣氛下等離子噴涂，使用氬氣、氮氣和氫氣混合氣體送粉，其中氬氣為10～20％，氫氣為5～15％，其余為氮氣，混合氣體的總流量保持在30～80升/分，涂層厚度為0.7mm；3.冷卻后進行機加工為產(chǎn)品。
實施例2在半石墨陰極碳塊表面噴涂制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層硼化鈦金屬陶瓷復合材料粉末配方重量百分組成是Ti71.4％，C7.6％，Zr2％，B19％，粒度在-80～+300目。
制備步驟如下1.碳塊表面予處理包括粗糙化、予熱200℃；2.在大氣常壓氣氛下等離子噴涂，使用氬氣、氮氣和氫氣混合氣體送粉，其中氬氣為10～20％，氫氣為5～15％，其余為氮氣，混合氣體的總流量保持在30～80升/分，涂層厚度為0.9mm；3.冷卻后進行機加工為產(chǎn)品。實施例3在高石墨陰極碳塊表面噴涂制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層硼化鈦金屬陶瓷復合材料粉末配方重量百分組成是Ti76.5％，C6.2％，Zr1.3％，B16％，粒度在-80～+300目。制備步驟如下1.碳塊表面予處理包括粗糙化、予熱200℃；2.大氣常壓氣氛下等離子噴涂，使用氬氣、氮氣和氫氣混合氣體送粉，其中氬氣為10～20％，氫氣為5～15％，其余為氮氣，混合氣體的總流量保持在30～80升/分，涂層厚度為1.1mm；3.冷卻后進行機加工為產(chǎn)品。
權利要求
1.一種硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層陰極碳塊，在普通陰極碳塊、半石墨陰極碳塊和高石墨陰極碳塊上用等離子噴涂方法在大氣常壓氣氛下制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層，該層與碳塊基體緊密結合在一起，硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層作為電解槽的工作面，其特征在于制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層的硼化鈦金屬陶瓷復合材料粉末配方重量百分組成是Ti60-80％，C6-9％，Zr1-3％，B15-30％，最佳組成為Ti65.5-75％，C7-8％，Zr1.5-2.5％，B18-22％。
2.如權利要求1所述的一種硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層陰極碳塊，其特征在于制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層的制備步驟如下(1)制備噴涂用粉末，粒度在-80～+300目；(2)碳塊表面予處理包括粗糙化、予熱200℃；(3)在大氣常壓氣氛下等離子噴涂，使用氬氣、氮氣和氫氣混合氣體送粉，其中氬氣為10～20％，氫氣為5～15％，其余為氮氣，混合氣體的總流量保持在30～80升/分，涂層厚度為0.5～1.2mm；(4)冷卻后進行機加工為產(chǎn)品。
3.如權利要求2所述的一種硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層陰極碳塊，其特征在于硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層最佳厚度為0.8～1.0mm。
全文摘要
一種鋁電解槽用的硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層陰極碳塊，硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層作為電解槽的工作面，其特征在于制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層的硼化鈦金屬陶瓷復合材料粉末配方重量百分組成是Ti60－80％，C6－9％，Zr1－3％，B15－30％，制備硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層的制備步驟包括制備噴涂用粉末，粒度在－80～+300目；碳塊表面預處理包括粗糙化、預熱；在大氣常壓氣氛下等離子噴涂，使用氬氣、氮氣和氫氣混合氣體送粉，涂層厚度為0.5～1.2mm；冷卻后進行機加工為產(chǎn)品。該硼化鈦金屬陶瓷復合材料涂層陰極碳塊具有導電性良好，熱穩(wěn)定性高，抗電解質浸蝕性強，對鋁液的濕潤性好等特點，能有效延長鋁電解槽的使用壽命，提高電流效率，節(jié)能降耗。
文檔編號C25C3/08GK1405358SQ02131179
公開日2003年3月26日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權日2002年10月15日
發(fā)明者盧惠民 申請人:北京科技大學