ВВЕДЕНИЕ 3
1. Процесс электролиза и основные причины износа катодных блоков алюминиевых электролизеров 5
1.1 Процесс электролиза 5
1.2 Устройство электролизера 6
1.2.1 Катодное устройство 7
1.2.2 Анодное устройство 8
1.3 Основные процессы и механизмы деградации катода, приводящие к
износу 10
1.4 Использование диборида титана для защиты катодов 14
2 Метод сканирующей электронной микроскопии для исследования микроструктуры 16
2.1 Общая информация 16
2.2 Общая функциональная схема СЭМ 17
2.3 Формирование изображения в СЭМ и его основные параметры 18
2.4 Подготовка образцов 21
З. Получение покрытий на основе диборида титана 23
3.1 Исходные материалы для получения покрытий на основе диборида
титана 23
3.2 Методики исследования исходных материалов и образцов покрытий 23
3.3 Свойства исходного порошка диборида титана 26
3.4 Способ получения и нанесения покрытий на основе диборида титана .... 27
4. Результаты исследования микроструктуры методом сканирующей
электронной микроскопии 29
5. Результаты исследования физико-механических свойств защитных
покрытий 32
Заключение 33
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 34
Большинство алюминиевых электролизеров выходит из строя по причине раскрытия швов подины или разрушения подовых блоков, которые являются основным элементом конструкции катода электролизера, определяющим срок его службы [1]. В процессе эксплуатации электролизеров поверхность катода подвергается непрерывному износу со скоростью от 10 до 30 мм/год и выше [2].
Применение смачиваемых покрытий позволяет защищать подину от разрушения при проникновении натрия и калия, от эрозионного износа при движении осадка глинозема в металле и от разрушения при взаимодействии углерода с алюминием с образованием карбида алюминия. Смачиваемые алюминием материалы в качестве основного элемента содержат, как правило, диборид титана (TiB2), который характеризуется высокой стойкостью к расплавам электролита и алюминия.
Кроме того, защитное покрытие должно отвечать ряду эксплуатационных требований. Как электродный материал, он должен обладать хорошей электропроводностью. Элементы катода подвергаются механическим и термическим воздействиям в технологическом процессе. Отсюда очевидные требования к физическим и механическим характеристикам защитных покрытий: адекватные применению электропроводность, механическая прочность, стойкость к термическим напряжениям. Кроме того, в процессе эксплуатации катодный материал находится в постоянном контакте с жидким алюминием и, частично - с расплавом фторидного электролита. Поэтому с физико-химической точки зрения материал покрытия должен отвечать двум достаточно противоречивым требованиям - иметь высокую адгезию для смачивания жидким алюминием, и, в то же время, слабо с ним химически взаимодействовать, иметь низкую растворимость всех составляющих. Химическая стойкость должна обеспечить низкую скорость изнашивания материала и допустимый уровень загрязнения алюминия примесями. Окислительная деградация функционального компонента покрытия также должна быть сравнительно медленной. Конечной целью является создание катодного материала, который бы при соответствующих свойствах имел ресурс работы, сопоставимый со сроком службы электролизера[3].
Целью выпускной квалификационной работы является разработка составов, обеспечивающих формирование однородной микроструктуры и получение высоких механических свойств защитных покрытий на основе диборида титана для катодов алюминиевых электролизеров.
В ходе проведенных исследований были получены следующие результаты:
1. Проведен обзор литературных данных по причинам износа катодных блоков современных алюминиевых электролизеров и способам их защиты.
2. Проанализированы методы исследования микроструктуры материалов.
3. Разработаны составы, обеспечивающие формирование однородной микроструктуры за счет оптимизации гранулометрического состава и введения углеродных заполнителей, получены покрытия на основе диборида титана.
4. Исследована микроструктура защитных покрытий на основе диборида титана.
5. Определены основные физико-механические свойства защитных покрытий на основе диборида титана
