19.12.2018 | Ausgabe 12/2018

Inerte Anoden für den Hall-Héroult-Prozess

Entwicklung einer Prozesskette durch heißisostatisches Pressen und

Vermeidung diffusionsbedingter Porositätsbildung

Hall-Héroult-Elektrolysezelle für die Aluminiumproduktion / Quelle: Simone Herzog, Yuanbin Deng, Anke Kaletsch, Christoph Broeckmann, Thomas Schubert, Kathrin Horenkamp, Gerhard Huber, Susan Davies, Ariane Marmottant & Veronique Laurent

Durch Beschichten mittels heißisostatischen Pressens (HIP) wurde eine inerte Multimaterial-Anode für die Aluminiumproduktion hergestellt. Dies erfolgte durch Aufbringen eines Metall-Matrix-Komposit-Pulvers (MMC) auf einen Kern aus Nickelbasislegierung und Diffusionsverbinden in einer Stahlkapsel. Eine Nickelfolie zwischen Kapselwerkstoff und MMC-Pulver konnte das Eindiffundieren von Eisen aus der Stahlkapsel in die MMC-Beschichtung unterbinden. Die nach mechanischer Kapselentfernung in Luft durchgeführte Oxidationsbehandlung führte jedoch zu einem Aufschäumen der MMC-Beschichtung. Es stellte sich heraus, dass diese Porositätsbildung durch Freisetzung von CO2 herbeigeführt wird. Kohlenstoff-Diffusion aus dem Kapselwerkstoff in die MMC-Schicht während des HIP-Zyklus wurde als Ursache für die CO2-Bildung identifiziert. Um das Aufschäumen zu verhindern, musste zwischen der Kapsel und dem MMC-Pulver vor der HIP-Beschichtung eine weitere Diffusionsbarriere eingefügt werden. Am Ende der Prozesskette wurden das Gefüge und der Kohlenstoffgehalt der Anode charakterisiert. Die entworfene Diffusionsbarriere wirkte sich positiv auf die Anode aus, und es konnte eine dichte, den Anwendungsanforderungen entsprechende MMC-Beschichtung ohne Kohlenstoff hergestellt werden.

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