用于電解器的表面改性的不銹鋼陰極的制作方法【專利摘要】工業(yè)上通過鹽水的電解來生產(chǎn)氯酸鈉，并且因此是一種能源密集型方法。一種用于這種以及其他工業(yè)方法的改進的陰極是一種低鎳含量的不銹鋼，該不銹鋼的表面已被適當?shù)馗男浴Ｍㄟ^適當量的表面粗化，該陰極在仍然保持抗腐蝕性的同時，在電解過程中提供改進的過電壓?！緦＠f明】用于電解器的表面改性的不銹鋼陰極【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及用于工業(yè)電解，諸如生產(chǎn)氯酸鹽產(chǎn)品的鹽水電解中的陰極電極。具體地，本發(fā)明涉及用于此類用途的表面改性的、低鎳含量的不銹鋼陰極?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]氯酸鈉在工業(yè)上主要是通過對氯化鈉鹽水進行電解以產(chǎn)生氯氣、氫氧化鈉和氫氣來生產(chǎn)的。氯氣與氫氧化鈉立即反應(yīng)形成次氯酸鈉，然后次氯酸鈉轉(zhuǎn)化成氯酸鹽。在整個電解過程中，涉及的復(fù)雜的電化學和化學反應(yīng)取決于如下參數(shù)：電解液的溫度、pH、組成和濃度，陽極和陰極的電勢和過電壓，以及設(shè)備和電解體系的設(shè)計。為了獲得最優(yōu)的結(jié)果，重要的是槽參數(shù)的選擇，諸如電極尺寸、厚度、材料、陽極涂層選擇以及尾氣。[0003]氯酸鹽電解器中的陰極電極的材料選擇和配置對于電解的效率以及陰極在該電解器中的苛刻條件下的耐久性來說是特別重要的。對材料和設(shè)計組合進行選擇，從而獲得可能的在運行過程中的過電壓特性連同抗腐蝕性和抗起泡性、成本、可制造性、以及耐久性特性的最佳組合。如果采用包含涂層基底的陰極，則必須考慮基底與這些涂層的相容性。優(yōu)選地，任何改進的陰極電極都能夠替代目前電解器設(shè)計中的那些，而不需要對于其他部件(像通過焊接將它們附接到其上的載板）的其他主要設(shè)計和材料改變。[0004]借助對電解過程中在陰極處發(fā)現(xiàn)的過電勢的改進，也許能改善常規(guī)的氯酸鹽電解器的效率。根據(jù)在電解器內(nèi)導致的一種典型的損耗擊穿，陰極過電勢占總損耗的大約38%(430mV)，其中其他關(guān)鍵損耗與電解液電阻、陽極過電勢、金屬電阻以及"重鉻酸鹽效應(yīng)"（這是由當采用重鉻酸鈉作為緩沖劑并且用于抑制次氯酸根和氯酸根離子在陰極處的還原時在陰極上成膜而引起的）有關(guān)。[0005]在商用的單極性和混合氯酸鹽電解器設(shè)計中，陰極典型地是無涂層的碳鋼類型，如Domex級鋼、C1008以及Stahrmet?。后一Stahrmet?陰極使用挑選的具有特定元素組成的鋼，以便避免和/或降低使用時的氫鼓泡以及氫脆。就在運行條件的正常范圍（例如，從2.5kA/m2至4.OkA/m2的電流密度和從60°C至90°C的溫度）內(nèi)的槽電壓和過電勢而言，此類陰極與常規(guī)的DSA?(形穩(wěn)陽極）陽極組合表現(xiàn)相當好。它們還是電解器的一種相對低成本的部件。[0006]然而，即使在帶有陰極保護的正常運行條件下，無涂層的碳鋼電極易受腐蝕（生銹），這導致陰極減薄，不希望的金屬離子進入電解液中，并且減少陰極壽命。在電解器的預(yù)期壽命內(nèi)，典型地存在停工和供電中斷，這些加速了陰極的腐蝕。電解液中的金屬離子沉積在電極上并且可能通過這種類型的結(jié)垢同時影響陽極和陰極性能，產(chǎn)生槽電勢升高以及氧氣生成的癥兆，并且導致更高的運行成本。陰極將主要顯現(xiàn)出在整個工作區(qū)域上或多或少地均勻分布的點蝕式表面侵蝕。這種類型的腐蝕對于暴露于次氯酸鹽的碳鋼陰極是典型的。由于在使用當中以及重新使用之前必須除去該垢，需要對陰極進行機械清理（例如通過噴砂）并且酸洗。典型地，顯著量的材料（大部分為鐵）在這種處理中被除去，使得碳鋼陰極需要相當大的腐蝕裕量來補償材料的損失，從而導致需要更厚的陰極并且因此降低了每單位體積的活性電極面積。此外，當陰極被翻新并且放回使用時，電解器中陰極與陽極之間的間隙將會增大，導致電壓增大。[0007]作為一個替代方案，可以考慮將其他材料用作氯酸鹽電解器陰極。然而，不同于在相關(guān)的工業(yè)氯堿電解過程（其中，氯化鈉鹽水經(jīng)受電解以形成氫氧化鈉、氫氣和氯氣產(chǎn)物）中，不能采用基于鎳或包含顯著量的鎳的陰極。鎳的存在導致次氯酸鹽的分解速率增大，并且因此降低產(chǎn)物收率而且產(chǎn)生比正常情況更高水平的氧氣。這引起了安全性的擔憂，因為氧氣可能潛在地與所存在的氫氣結(jié)合得到不安全的、爆炸性的混合物。因而，將不含鎳的或者至少具有低的鎳含量（例如，小于按重量計約6%)的陰極用于氯酸鹽電解。[0008]某些等級的不銹鋼（例如，鐵素體的、馬氏體的、雙相的、以及沉淀硬化的）是低鎳含量等級的不銹鋼，并且可以在其抗腐蝕性特性方面提供優(yōu)于碳鋼的優(yōu)勢。然而，當用作氯酸鹽電解中的陰極時，這些類型的不銹鋼、以及實際上一般不銹鋼至少當它們典型地被制備用于商業(yè)用途時，表現(xiàn)出實質(zhì)上比碳鋼更高的過電壓。[0009]作為另一個替代方案，在本領(lǐng)域中已經(jīng)建議多種涂層用于制備用作鹽水電解器中的電極的涂層基底的目的。例如，加拿大專利申請CA2588906披露了用作氯酸鹽電解的涂層的納米晶合金。也已建議Ru02型涂層作為鹽水電解中的電極涂層。然而，使用碳鋼基底的陰極不能容易地用典型的貴金屬和含有Ru、Ir、Ti、或類似物的混合氧化物涂層來涂覆。當使用常規(guī)方法涂覆時，存在附著性和降解的問題。進而，這導致這些涂層的耐久性問題，由于當?shù)讓拥奶间摶妆桓g時，它們簡單地"剝落（exfoliate)"或"脫落（flakeoff)"。(在US7122219中，試圖解決旨在用于氯堿電解的電極的這種問題。）非常難以獲得與氯酸鹽電解器中的標準商用陽極的5至8年預(yù)期壽命相匹配的碳鋼涂層陰極。[0010]眾所周知的是，金屬基底的適當?shù)谋砻嫣幚恚ɡ鐕娚埃┛梢詫е赂倪M所涂覆的涂層的附著性。并且已知的是（例如，如US6017430中所披露的），對堿金屬氯化物水溶液電解中使用的陰極進行噴粗砂處理可以通過增大其表面積來降低該陰極處的氫過電壓。然而，還為人熟知的是，表面平滑度對于更好的不銹鋼抗腐蝕性是重要的。由于當不銹鋼干凈且光滑時，它們最耐腐蝕，已特別尋求低的表面粗糙度以用于極端腐蝕性環(huán)境中，例如鹽水電解器內(nèi)的環(huán)境。[0011]在工業(yè)中以多種方式來表征粗糙度。粗糙度參數(shù)（諸如粗糙度的算術(shù)平均值，表示為Ra，以及粗糙度的均方值，表示為Rq)通常被用來量化表面粗糙度，并且通過標準方法進行確定。此外，還可以用更多定性的術(shù)語（諸如"光潔度"）來對表面進行表征。No.4光潔度不銹鋼是一個通用的拋光光潔度，比其他常見的光潔度更暗淡，并且通常用于其中外觀和清潔度重要的工作表面或類似物（例如，用于在食品、奶制品、飲料、以及制藥工業(yè)中使用的設(shè)備）。根據(jù)ASTMA480，N〇.4光潔度的艮通常可以高達0.64微米。Ra可以為Rq的大約80%，并且因此No.4光潔度的Rq在某種程度上將小于1微米。[0012]然而，盡管在這些多種粗糙度特性與其他特性（諸如外觀和抗腐蝕性）之間存在相關(guān)性，兩個表面可以具有相同的Ra(和/或相同的Rq)但取決于如何獲得表面條件而具有不同的外觀或抗腐蝕性。例如，此類特性可以取決于光潔度是否是定向的或隨機的（例如，分別通過帶式磨耗或噴砂獲得）以及其他因素（諸如取向）而改變。[0013]雖然工業(yè)氯酸鹽電解法已經(jīng)相當先進，仍然存在對越來越大的效率、電解器壽命、以及成本降低的希望?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0014]本發(fā)明通過提供表現(xiàn)出所希望的過電壓以及抗腐蝕性特性的改進的電解陰極來解決這些需求。例如，可以獲得與用碳鋼陰極所見的那些類似或更好的過電壓，以及與用常規(guī)不銹鋼制成的陰極所預(yù)期的類似的抗腐蝕性。此類陰極對于氯酸鹽電解是有用的并且可以用于其他工業(yè)電解方法。[0015]出人意料地，如果已對表面進行改性或處理以便獲得一定表面粗糙度，則用某些不含鎳或低鎳含量（例如，小于按重量計約6%)的不銹鋼制成的陰極可以實現(xiàn)這兩種特性。潛在地適合于此目的的低鎳含量不銹鋼包括某些鐵素體的、馬氏體的、雙相的、以及沉淀硬化的不銹鋼。可以有利的是采用包含一種或多種穩(wěn)定化摻雜物的不銹鋼。適合的摻雜物包括Cu、Mo、N、Nb、Sn、Ti、V、以及W。還可以有利的是在某些實施例中采用具有低碳含量的不銹鋼，例如，小于按重量計約〇.03%并且優(yōu)選小于按重量計約0.005%。[0016]具體地，低鎳含量不銹鋼可以是一種鐵素體不銹鋼，諸如430、430D、432、*436S等級的不銹鋼，或一種包含Mo、Sn、Ti、和/或V摻雜物的鐵素體不銹鋼。鐵素體等級的不銹鋼典型地含有磷和硫雜質(zhì)。該不銹鋼可以優(yōu)選地包含少于按重量計約0.03%的磷以及少于按重量計約0.003%的硫。此外，低鎳含量不銹鋼可以是一種雙相不銹鋼，諸如S31803、S32101、S32205、S32304、S32404、S82011、或S82122貧/低合金等級的雙相不銹鋼。[0017]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在約1.0微米與5.0微米之間的范圍內(nèi)的表面粗糙度Rq關(guān)于過電壓是適合的，并且還可以提供改進的抗腐蝕性。具體地，具有小于約2.5微米的Rq的鐵素體不銹鋼看來是適合的。[0018]表面改性的不銹鋼可以直接（無涂層的）用作工業(yè)電解器中的陰極，諸如氯酸鈉、氯酸鉀或高氯酸鈉電解器。為用于這種實施例中，可以將陰極焊接到由碳鋼或不銹鋼制成的載板上。有利地，如果將陰極焊接到由一種適當?shù)牟讳P鋼制成的載板上并且電解器的剩余部分也是由一種適當?shù)牟讳P鋼制成，則該電解器不需采用陰極保護單元。[0019]可替代地，表面改性的不銹鋼可以用作陰極中的基底，該陰極包含施加到基底上的電解增強涂層。表面改性可以改進適合的電解增強涂層的附著性。并且此外，雖然表面改性的基底的過電壓優(yōu)勢在新的涂層陰極中也許不是立即必需的或觀察到的，但當該涂層最終磨損掉時，則暴露出底層的表面改性的不銹鋼基底。在這時，暴露的基底此刻展現(xiàn)出本發(fā)明的組合的過電壓和抗腐蝕性優(yōu)勢，并且從而延長陰極的有效壽命，超過現(xiàn)有的工業(yè)標準Stahrmet?的有效壽命。[0020]因此，通過將低鎳含量不銹鋼陰極的表面粗化至在約1.0微米與5.0微米之間的表面粗糙度Rq，在保持陰極的抗腐蝕性的同時，可以降低鹽水的電解過程中氯酸鹽電解器陰極的過電壓?？梢圆捎枚喾N粗化方法，例如用氧化鋁粉末對陰極表面進行噴砂?！緦＠綀D】【附圖說明】[0021]圖1比較了若干種代表性的表面改性的SS430陰極樣品、一種比較性的SS430樣品以及一種常規(guī)軟鋼樣品的微型槽電壓對電流密度曲線圖。[0022]圖2繪制了實例中SS430陰極樣品的隨表面粗糙度而變的在若干個代表性的電流密度下的微型槽電壓。[0023]圖3比較了多種Ru02涂覆的、表面改性的SS430陰極樣品與一種常規(guī)軟鋼樣品的微型槽電壓對電流密度曲線圖。[0024]圖4比較了若干種代表性的表面改性的鐵素體陰極樣品與一種常規(guī)軟鋼樣品的微型槽電壓對電流密度曲線圖。[0025]圖5比較了包含常規(guī)碳鋼陰極的槽與包含已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明進行了表面處理的SS430陰極以及摻雜的鐵素體陰極的槽在正常條件下的電解中試槽電壓對運行天數(shù)的曲線圖。【具體實施方式】[0026]除非上下文另外要求，在整篇說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語"包含（comprise)"、"包含著（comprising)"等等應(yīng)被解釋為開放性的、包容性的意義。術(shù)語"一個/一種（a/an)"等等應(yīng)被認為意指至少一個而不限于只有一個。[0027]此外，有意作出以下定義。在數(shù)值背景下，術(shù)語"約"應(yīng)解釋為意指加或減10%。[0028]不銹鋼指的是具有最低按質(zhì)量計10.5%的鉻含量的鋼合金。[0029]表面粗糙度Rq指的是如根據(jù)標準JIS2001或IS01997所測定的粗糙度的均方值，并且是以下的實例中所使用的。[0030]并且在此，電解增強涂層指的是氯酸鹽電解器中電極上的涂層，該涂層導致在正常運行過程中過電壓的降低。多種此類涂層組合物在本領(lǐng)域中是已知的，并且典型地包含貴金屬組合物如Ru02。[0031]在另外的用于工業(yè)生產(chǎn)氯酸鹽的常規(guī)電解器中，已出乎意料地發(fā)現(xiàn)如果某些低鎳含量不銹鋼的表面已經(jīng)被適當?shù)馗男?，則它們是用作陰極電極的改進的材料。此類陰極在保持從常規(guī)不銹鋼所預(yù)期的希望的抗腐蝕性的同時，表現(xiàn)出與用碳鋼所獲得的那些類似或更好的所希望的過電壓特性。[0032]適合的不銹鋼是不含鎳的或具有小于按重量計約6%的鎳含量。若干種類的不銹鋼滿足此要求，包括鐵素體的、馬氏體的、雙相的、以及沉淀硬化的不銹鋼。此外，可以有利地在不銹鋼中采用一種或多種穩(wěn)定化摻雜物。適合的此類摻雜物包括Cu、Mo、N、Nb、Sn、Ti、V、以及W。還可以有利地采用具有低含碳量或非常低含碳量，即按重量計小于約0.03%或小于約0.005%的含碳量的不銹鋼。（已知碳通過與氫氣反應(yīng)形成甲烷而促進氫脆。因此，在析氫陰極中存在的碳越多，則越有可能在陰極基底中形成甲烷。甲烷在基底中的晶粒邊界或缺陷（諸如硫化物或氧化物類型的夾雜物）中的累積會造成基底的鼓泡和脆變）。[0033]具體地，鐵素體不銹鋼可以是適合的，并且突出之處在于主要合金元素為鉻（從約10.5wt%至27wt%的范圍內(nèi)），這提供了在所有溫度下的穩(wěn)定的鐵素體組織。由于其低的含碳量，鐵素體不銹鋼具有有限的強度，但可以具有良好的延展性，并且它們很少發(fā)生硬化。這些合金的韌性相當?shù)?，但這對于用作電解器中的陰極來說并非必要要求。在無保護的情況下，富Cr的鐵素體不銹鋼在熱的含氯液體中最終受腐蝕，但不像碳鋼那么快。富Cr不銹鋼的釋氫過電勢比碳鋼高。富Cr不銹鋼與碳鋼相接觸時看起來并不腐蝕得更快，由于前者并不充當后者的犧牲陽極。這對于替換或升級商用電解器中的碳鋼陰極的實現(xiàn)方式是重要的，由于電解器中載板的陰極側(cè)可能仍舊為碳鋼，并且因此鐵素體不銹鋼將與其相容。Cromgard?是一種潛在適合的鐵素體不銹鋼的實例，具有約12%的Cr含量并且表現(xiàn)出良好的可焊性。當然可替代地，還可以采用由適合等級的不銹鋼制成的載板，從而消除所有存在的碳鋼并且因此消除使用異種金屬帶來的任何問題。[0034]測試已表明，包括430、430D、432、以及436S的鐵素體等級可以是適合的。并且具體地，某些包含摻雜物的超低間隙的鐵素體型不銹鋼已經(jīng)顯現(xiàn)出對電解器過電壓的顯著改進。還可以預(yù)料的是，其他鐵素體等級將是適合的，包括包含Mo、Nb、以及V摻雜物（分別處于按重量計約1.8%、1.6%、以及0.06%的示例性量值）的444等級，以及434、439、441、442和446等級的不銹鋼。[0035]其他低鎳含量的鐵素體或馬氏體不銹鋼合金可以含有鑰，這為它們提供在大多數(shù)化學環(huán)境中遠遠優(yōu)于常規(guī)碳鋼的抗腐蝕性。存在許多類型的這些合金，它們含有其他元素，如Mn、Si、Al、Se、Cb、Cu、Ta、N、以及W，這些元素可以為此類應(yīng)用提供在電導率、表面活性、可制造性和/或耐久性方面的額外的益處。例如，其中Cr在從約4wt%至18wt%的范圍內(nèi)的雙相不銹鋼，又稱為鐵素體-奧氏體不銹鋼，具有比鐵素體不銹鋼更好的焊接特性?？梢灶A(yù)期，某些雙相不銹鋼合金，諸如UNS牌號S32101、S32304、以及S82441等級（例如，分別為商業(yè)化的LDX2101?、LDX2304?或LDX2404?)連同S31803、S32205、以及S82122,提供除了性能優(yōu)勢之外的如下優(yōu)勢，包括優(yōu)越的抗腐蝕性、可制造性（還具有比鐵素體不銹鋼更好的焊接特性）、以及可商用性。[0036]為了獲得與用碳鋼所獲得的類似或更好的過電壓，必須對常規(guī)的低鎳含量不銹鋼的表面進行粗化，典型地使得其表面粗糙度Rq為大于約1.〇微米。例如，旨在用于以下實例中的常規(guī)430等級的鐵素體不銹鋼如得到時的表面粗糙度Rq為小于0.1微米。利用噴砂方法和氧化鋁粉末對其表面適當?shù)剡M行粗化。[0037]可以考慮用本領(lǐng)域已知的不同方法中的任何一種來對不銹鋼表面進行粗化。例如，與噴砂一起，替代性的磨耗技術(shù)（例如，臺式噴砂（tableblasting)、帶式噴砂（beltblasting)、筒式噴砂（cylinderblasting))以及包括化學蝕刻、微機械加工、和微纟先削在內(nèi)的方法也可以用來適當?shù)卦龃蟊砻娲植诙取Ｈ欢?，也如本領(lǐng)域已知的，這些表面特征可能根據(jù)所用的詳細方法而變化。例如，通過噴砂獲得的表面特征可以根據(jù)所用粉末的類型(例如，氧化鋁、碳酸氫鈉、碳化硅、玻璃珠、碎玻璃）、粉末粒徑、噴嘴尺寸、壓力、距離、角度等而變化。并且像光化學機加工的工藝允許將表面銑削并且研磨至更精確的深度并且至更大的&值。[0038]雖然為了獲得所希望的過電壓，要求低鎳含量不銹鋼的增大的表面粗糙度，但過度的粗糙度可能導致不能接受的腐蝕特性?；谝韵聦嵗?，高達5.0微米的表面粗糙度Rq值仍可以是可接受的。在某些情況下，可以優(yōu)選高達約2.5微米的值。然而，可能必需的是，由于電解器的正常運行而維持為陰極提供的陰極保護，或在電源中斷或關(guān)閉的情況下提供替代性的保護手段。[0039]表面改性的低鎳含量不銹鋼陰極可以替代現(xiàn)有的常規(guī)碳鋼陰極，同時有利地提供更好的耐久性、成本和性能。可以成功地將此類陰極焊接到標準的碳鋼載板上以作為常規(guī)碳鋼陰極的替代品用于工業(yè)電解器中。焊接可以通過填充焊絲（例如焊條）、保護氣體、備用吹掃、以及焊接參數(shù)（包括電流、電壓、以及速率）的不同組合來完成。因此，對于翻新的電解器槽以及新的電解器系統(tǒng)都不需要進行主要的電解器設(shè)計改變。此外，也許有可能將本發(fā)明的陰極合并入將來的設(shè)計（例如，雙極性型的）中。[0040]可替代地，如果工業(yè)電解器完全由適當?shù)牟讳P鋼制成并且因此例如陰極被焊接到由不銹鋼制成的載板上，則該電解器可以不用陰極保護并且因此可能不需要采用陰極保護單元。[0041]本發(fā)明的其他優(yōu)點包括從更低的陰極過電勢獲得的節(jié)能。并且，在具有更好的某些等級的抗腐蝕性的情況下，可以認為更薄的陰極實施例每單位體積的電解器產(chǎn)生更多的產(chǎn)物和/或?qū)τ谙嗤漠a(chǎn)出水平允許尺寸和成本減少。還可能的是，由于由更粗糙的光潔度所產(chǎn)生的"錨固作用"以及避免了與碳鋼腐蝕相關(guān)的失效機理，就附著性和耐久性而言，此類表面改性的陰極將與電解增強涂層更相容。并且，即使沒有獲得顯著的優(yōu)勢，一旦涂層已磨損掉或者另外失效了，預(yù)期底層的表面改性的不銹鋼基底將繼續(xù)提供正常運行并且實質(zhì)上比常規(guī)的碳鋼基底存留更長時間，從而延長此類涂層陰極的有效壽命。[0042]以下實施例已被包括以說明本發(fā)明的某些方面，但不應(yīng)被解釋為以任何方式進行限制。[0043]實施例[0044]微型槽測試：[0045]在靜態(tài)條件下在實驗室微型槽中測試了一系列的陰極材料樣品，但在其他方面與商用氯酸鹽電解器中經(jīng)歷的那些類似。微型槽構(gòu)造使用一種陰極材料樣品作為槽陰極并且使用一種經(jīng)調(diào)整的DSA?作為槽陽極。兩個電極都是扁平片材?；钚詼y試表面積為2cm2并且它們之間的間隙為5.8mm。電解液是濃度為450/115/5gpl的NaC103/NaCl/Na2Cr207的水溶液。將這些電極浸入在80°C測試溫度下的電解液中。與商用電解器不同，在測試過程中電解液不進行循環(huán)并且不持續(xù)供應(yīng)鹽水原料。[0046]其中指示的，各種陰極材料樣品是表面改性的，并且在組裝到微型槽內(nèi)之前測量它們的粗糙度。然后添加新鮮的電解液，加熱到測試溫度，并且進行極化測試，該極化測試涉及在記錄槽電壓的同時，使所施加的電流密度從0.5kA/m2直至6kA/m2斜變。然后停止測試，并且檢查樣品電極的腐蝕跡象。[0047]利用三豐表面粗糙度儀（MitutoyoSurfteSt)SJ210來測定表面粗糙度Rq。對每個陰極材料樣品在2.5至6英寸的采樣長度內(nèi)在隨機位置處進行六次表面粗糙度采樣，并且對每次采樣測定與中線的最大偏差。所報告的Rq是這六個偏差的平方的算術(shù)平均值的平方根。[0048]所測試的未改性的陰極材料樣品包括：[0049]-具有2.16iim的測量的Rq的Stahrmet?軟鋼（在附圖和表中表示為"軟鋼"）[0050]-具有供應(yīng)商的2D軋制光潔度并且具有0.26i!m的測量的Rq的420A等級不銹鋼(SS420A)(在附圖和表中表示為"SS420A-0.26iim"）[0051]-具有供應(yīng)商的光亮軋制光潔度并且具有0.06i!m的測量的Rq的430等級不銹鋼(SS430)(在附圖和表中表示為"SS430-0.06iim"）[0052](注意：兩種不銹鋼樣品均具有類似的低鎳含量，即〈0?25wt%，并且均包含一定量的Mn、S、P、Si、Cu和Mo。SS420A等級具有按重量計0.25%和12.83%的C和Cr含量，并且還具有微量的Al。SS430等級具有按重量計0.04%、16.64%、和0.03%的C、Cr、和N含量。）[0053]通過取與上面類似的SS420A和SS430樣品并且使它們經(jīng)受使用120目的氧化鋁粉末的人工噴砂工藝來制備表面改性的陰極材料樣品。所測試的表面改性的樣品包括：[0054]-被噴砂處理至所測量的表面粗糙度Rq為1.73iim的SS420A(在附圖和表中表示為"SS420-1.73iim"）[0055]-被噴砂處理至在從0.86iim至4.62iim范圍內(nèi)的多個表面粗糙度Rq的一系列SS430樣品（在附圖和表中根據(jù)其表面粗糙度表示為"SS430-0.86iim"至"SS430-4.62iim"）[0056]此外，以一定范圍的Ru02負載量來制備Ru02涂覆的、表面改性的SS430陰極材料樣品。陰極材料樣品是通過最初對如上的430不銹鋼樣品進行噴砂并且然后用RuC13溶液進行內(nèi)部涂覆，接著進行熱處理步驟來制得的。確切地，對樣品進行除油、沖洗、并且然后在室溫下用10%的HC1溶液蝕刻5分鐘。再次沖洗并且干燥后，施用一種RuC13在有機溶劑中的溶液。將涂覆的樣品干燥，并且然后在約420°C下進行熱處理20分鐘。多于一次的施用涂覆和熱處理用于獲得更大的負載量。[0057]所制備和測試的Ru02涂覆的、表面改性的樣品匯總于以下表1中：[0058]表1?Ru02涂覆的、表面改性的樣品【權(quán)利要求】1.一種用于工業(yè)電解器的陰極，所述陰極包括不銹鋼電極，所述不銹鋼電極包含小于按重量計約6%的鎳，并且其特征為表面粗糙度R,在約1.0微米與5.0微米之間。2.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述不銹鋼電極的特征為表面粗糙度R,小于約2.5微米。3.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述不銹鋼是鐵素體不銹鋼。4.如權(quán)利要求3所述的陰極，其中所述不銹鋼選自430、4300、432、以及4365等級的鐵素體不銹鋼。5.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述不銹鋼包含選自以下組的穩(wěn)定化摻雜物：Cu、Mo、N、Nb、Sn、Ti、V、#&W。6.如權(quán)利要求3所述的陰極，其中所述鐵素體不銹鋼包含Mo摻雜物。7.如權(quán)利要求3所述的陰極，其中所述鐵素體不銹鋼包含Sn摻雜物。8.如權(quán)利要求3所述的陰極，其中所述鐵素體不銹鋼包含Ti摻雜物。9.如權(quán)利要求3所述的陰極，其中所述鐵素體不銹鋼包含V摻雜物。10.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述不銹鋼是雙相不銹鋼。11.如權(quán)利要求10所述的陰極，其中所述不銹鋼選自S31803、S32101、S32205、S32304、S82441、S82011、以及S82122等級的雙相不銹鋼。12.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述不銹鋼包含小于按重量計約0.03%的碳。13.如權(quán)利要求12所述的陰極，其中所述不銹鋼包含小于按重量計約0.005%的碳。14.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述不銹鋼包含小于按重量計約0.03%的磷以及小于按重量計約〇.003%的硫。15.如權(quán)利要求1所述的陰極，所述陰極包含施加到低鎳含量的不銹鋼電極上的電解增強涂層。16.-種工業(yè)電解器，所述工業(yè)電解器包括如權(quán)利要求1所述的陰極。17.如權(quán)利要求16所述的工業(yè)電解器，其中所述工業(yè)電解器是氯酸鈉電解器。18.如權(quán)利要求16所述的工業(yè)電解器，其中所述陰極被焊接到由碳鋼或不銹鋼制成的載板上。19.如權(quán)利要求18所述的工業(yè)電解器，其中所述陰極被焊接到由不銹鋼制成的載板上，并且所述電解器中不存在陰極保護單元。20.-種在鹽水電解的過程中在保持陰極的抗腐蝕性的同時降低工業(yè)電解器陰極的過電壓的方法，所述方法包括將包含小于按重量計約6%的鎳的不銹鋼陰極的表面粗化至在約1.0微米與5.0微米之間的表面粗糙度R,。21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述粗化包括用氧化鋁粉末對所述陰極表面進行噴砂?！疚臋n編號】C25B11/04GK104271809SQ201380021398【公開日】2015年1月7日申請日期:2013年4月15日優(yōu)先權(quán)日:2012年4月23日【發(fā)明者】P·科扎克,D·薩默斯,B·蘭申請人:凱密迪公司