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聚苯胺及碳化钨增强铅基惰性阳极材料的研究

作　者: 周建峰
导　师: 徐瑞东
学　校: 昆明理工大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 脉冲电沉积 复合惰性阳极材料 电化学性能
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


我国有色金属资源丰富,Zn、Cu、Ni、Co等有色金属湿法冶金电积提取广泛使用Pb-Ag合金阳极,但客观存在析氧电位较高、力学和导电性能较差及阳极溶解污染电解液等不足,新型复合惰性阳极材料能充分发挥材料组元复合的协同优势,倍受人们关注。本论文采用脉冲电沉积技术,在基体A1上制备了Al/Pb-PANI(导电聚苯胺)-WC(碳化钨)复合惰性阳极材料。通过掺杂态导电PANI和WC活性颗粒与Pb2+的直流、单脉冲及双脉冲电沉积,制备了Al/Pb-PANI-WC复合惰性阳极材料。研究了电沉积方式及掺杂态导电PANI和WC活性颗粒单独与共同与Pb2+沉积时的复合惰性阳极材料析氧电催化活性,测试了阳极极化曲线、循环伏安曲线、塔菲尔曲线及交流阻抗,获得了在硫酸与硫酸锌溶液中的析氧动力学参数、电极反应可逆性、伏安电荷、腐蚀电位及腐蚀电流等电化学性能参数。考察了复合惰性阳极材料的表面、截面组织特征与成分分布。双脉冲电沉积制备的Al/Pb-PANI-WC复合惰性阳极材料组织结构致密、成分分布均匀、界面结合紧密、析氧电催化活性和耐腐蚀性能较好。研究了双脉冲电沉积时,掺杂态导电PANI和WC活性颗粒浓度、电解液温度及正向脉冲平均电流密度、正向脉冲占空比、正向脉冲工作时间对Al/Pb-PANI-WC复合惰性阳极材料析氧动力学参数、电极反应可逆性、伏安电荷等电化学性能及表面组织特征与成分分布的影响规律,优化出了较佳的制备工艺条件。与Pb-1.0wt%Ag合金惰性阳极材料相比,PANI和WC活性颗粒共同沉积到基质金属Pb中都有降低锌电积过程析氧过电位的作用,在电流密度为500A/m2、1000A/m2、1500A/m2和2000 A/m2时,Al/Pb-PANI-WC复合惰性阳极材料比Pb-1.Owt%Ag合金惰性阳极材料的析氧过电位分别降低了243mV、207mV、183mV和171mV。同时,交换电流密度和电催化表面积也明显高于Pb-1.0wt%Ag合金惰性阳极材料。在50g/L Zn2+、150g/L H2SO4溶液中及35℃及500A/m2的电流密度时,进行了Al/Pb-PANI-WC复合惰性阳极材料与Pb-1.0wt%Ag合金惰性阳极材料的锌电积应用模拟实验对比研究。Al/Pb-PANI-WC复合惰性阳极材料在锌电积时的槽电压比Pb-1.0wt%Ag合金惰性阳极材料的槽电压降低了434mV,表现出了非常好的节能潜力。在电流密度为10000A/m2时,考察了Al/Pb-PANI-WC复合惰性阳极材料的强化腐蚀寿命,电沉积8h后的惰性阳极材料正常服役时间为14h,转化为锌电积一般工业电流密度500A/m2下的使用寿命达到233天。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第一章 绪论  9-20
  1.1 概述  9
  1.2 惰性阳极材料的国内外研究现状  9-15
    1.2.1 Pb基合金阳极材料  9-11
    1.2.2 钛基惰性阳极材料  11-13
    1.2.3 铝基惰性阳极材料  13-14
    1.2.4 其它基体惰性阳极材料  14-15
  1.3 脉冲电沉积在惰性电极材料制备中的应用  15-16
    1.3.1 脉冲电沉积的优点  15-16
    1.3.2 脉冲电沉积在电极材料制备中的应用  16
  1.4 聚苯胺性质及研究现状  16-18
    1.4.1 聚苯胺的电致变色性  16-17
    1.4.2 聚苯胺的电化学性质  17
    1.4.3 聚苯胺的导电性  17-18
    1.4.4 导电聚苯胺的应用  18
  1.5 WC的性质及应用  18
  1.6 论文研究的内容及意义  18-20
第二章 基础理论  20-26
  2.1 脉冲电沉积的基本理论  20-21
    2.1.1 脉冲电沉积的原理  20
    2.1.2 脉冲电沉积过程中金属的电结晶  20-21
    2.1.3 脉冲电沉积中双电层的充放电  21
  2.2 复合电沉积的基本理论  21-23
    2.2.1 复合电沉积的条件  21-22
    2.2.2 复合电沉积的机理  22-23
  2.3 稳态电化学极化  23-26
第三章 实验方法  26-32
  3.1 电解液组成及工艺条件  26
  3.2 实验设备  26
  3.3 工艺流程  26-28
  3.4 智能多脉冲电源输出的波形及参数计算  28-30
    3.4.1 智能多脉冲电源输出的波形  28-29
    3.4.2 单脉冲电源脉冲参数的计算  29
    3.4.3 双脉冲电源脉冲参数的计算  29-30
  3.5 电化学性能测试  30-31
  3.6 组织及成分分析  31
  3.7 本章小结  31-32
第四章 电沉积方式对复合惰性阳极材料性能影响研究  32-49
  4.1 电解液组成及工艺条件  32
  4.2 电化学测试结果与讨论  32-40
    4.2.1 阳极极化曲线  32-35
    4.2.2 循环伏安曲线  35-37
    4.2.3 塔菲尔曲线  37-38
    4.2.4 交流阻抗曲线  38-40
  4.3 组织及成分结果与讨论  40-48
    4.3.1 表面形貌分析  40-42
    4.3.2 元素线扫描分析  42-43
    4.3.3 元素面扫描分析  43-47
    4.3.4 截面组织及元素分布  47-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章 复合惰性阳极材料双脉冲电沉积制备工艺优化及性能研究  49-82
  5.1 电解液组成及工艺条件  49
  5.2 结果与讨论  49-79
    5.2.1 PANI浓度对复合惰性阳极材料性能的影响  49-55
    5.2.2 WC加入量对复合惰性阳极材料性能的影响  55-61
    5.2.3 电沉积温度对复合惰性阳极材料性能的影响  61-67
    5.2.4 正向电流密度对复合惰性阳极材料性能的影响  67-71
    5.2.5 正向脉冲占空比对复合惰性阳极材料性能的影响  71-75
    5.2.6 正向脉冲工作时间对复合惰性阳极材料性能的影响  75-79
  5.3 复合惰性阳极材料与铅银合金电化学性能比较研究  79-81
    5.3.1 阳极极化曲线对比研究  79-80
    5.3.2 循环伏安曲线对比研究  80-81
  5.4 本章小结  81-82
第六章 复合惰性阳极材料锌电积实验及使用寿命  82-85
  6.1 槽电压的测定  82-83
  6.2 复合惰性阳极材料的强化寿命  83-84
  6.3 复合惰性阳极材料的失效分析  84
  6.4 本章小结  84-85
第七章 结论  85-87
致谢  87-88
参考文献  88-94
附录A  94

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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