專利名稱：一種鈦-鉛復(fù)合陽極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬復(fù)合材料及其制備方法，尤其是用于有色金屬濕法冶金和電鍍等行業(yè)的鈦-鉛復(fù)合陽極及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于鉛及鉛合金在硫酸、硫酸鹽、中性介質(zhì)及鉻酸鹽介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，在銅、鋅、錳等有色金屬濕法冶金、電鍍、鉛蓄電池及氯堿化工等行業(yè)中廣泛用作陽極。由于鉛較軟，在一些對力學(xué)性能要求較高的場合需要提高其強度。通過Ca、Sr、Sn、Sb、Ag等合金化是常用方法；另外，通過將鉛及鉛合金與其它高強金屬復(fù)合形成復(fù)合陽極也是可行途徑。鈦及鈦合金具有質(zhì)量輕、強度高、耐蝕性高和加工性能好等優(yōu)異性能，常用作電解、電鍍陽極材料。如能將其與鉛通過一定方式制成復(fù)合材料，將大大提高復(fù)合陽極的強度，并仍能保證其良好的耐蝕性。然而，由于鈦表面容易形成穩(wěn)定的氧化膜，大大降低了其與鉛之間的潤濕性，因此二者之間通過擠壓、軋制及鑄造等工藝直接復(fù)合難以在界面處形成有效的冶金結(jié)合，從而造成界面電阻增加；同時由于鉛的比重較大，即使與鉛形成復(fù)合陽極，也容易在長期服役過程中由于自重和槽液的溫度和沖刷作用下導(dǎo)致界面開裂，進而大大降低了復(fù)合材料的界面導(dǎo)電性，同時發(fā)揮鈦的強度優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服鉛與鈦之間難以形成有效的冶金結(jié)合，造成界面導(dǎo)電性差這一問題，以及充分發(fā)揮鈦的強度優(yōu)勢，本發(fā)明提供了一種鈦-鉛復(fù)合陽極及其制備方法，能夠有效提高鉛與鈦之間的冶金結(jié)合，從而提高復(fù)合材料的強度和界面導(dǎo)電性能。一種鈦-鉛復(fù)合陽極，由鈦板、鈦-錫-鉛過渡層及鉛層組成。本發(fā)明根據(jù)鈦和鉛在錫中皆有較大的固溶度，采用錫作為過渡層，起到中間媒介作用，從而有效提高鉛與鈦之間的冶金結(jié)合。作為優(yōu)選，鈦板上有螺紋孔，安裝鈦質(zhì)螺釘，鈦質(zhì)螺釘將鈦板和鉛層連接起來，起到緊固和支撐鉛層的作用，進一步降低鉛層自重和槽液沖刷的不利影響，從而大大提高復(fù)合材料的強度和界面導(dǎo)電性能。作為優(yōu)選，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半，以保證獲得可靠的緊固和支撐作用。該鈦-鉛復(fù)合陽極用于有色金屬濕法冶金和電鍍。本發(fā)明提供了鈦-鉛復(fù)合陽極的制備方法，包括下列步驟清洗鈦板；通過熱浸鍍方法在鈦板表面制備一層錫；將鍍錫鈦板固定在鑄模中澆入鉛液，待其自然冷卻后即可獲得鈦-鉛復(fù)合陽極。作為優(yōu)選，清洗鈦板步驟為通過噴砂、噴丸、磨床、砂紙或鋼絲刷等機械方法去除表面氧化膜；采用丙酮、酒精等有機溶劑去除表面油污；水洗后，在HF及HNCV混合酸溶液中室溫浸至發(fā)紅煙，直至板面光亮為止，以進一步除去鈦板表面氧化膜；再次水洗后，在真空干燥箱中干燥處理，盡可能減少重新氧化并防止水分進入錫液中。作為優(yōu)選，在鈦板清洗前先在鈦板上加工螺紋孔并安裝鈦質(zhì)螺釘，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半。作為優(yōu)選，在鈦板表面熱浸鍍錫的方法是通過覆蓋木炭、云母、磷粉、鈰粉或通入氬氣等保護條件下在電阻爐中將錫熔化，熔化溫度范圍400-700°C ；然后將干燥的鈦板浸入錫液中，保持3-10分鐘，進行熱浸鍍錫處理；熱浸鍍結(jié)束后取出快速水冷，以盡可能減少錫在空氣中氧化。此處鈦板浸入錫液中的保持時間為3-10分鐘，時間相對普通鋼、銅熱浸鍍錫工藝較長，以獲得較厚的錫層。作為優(yōu)選，錫在電爐中的熔化溫度范圍為400-700°C。錫的熔點在231.80°C，此處采用遠高于錫熔點的溫度，是因為即使經(jīng)過去除氧化膜的清洗操作，但是仍不能完全避免表面重新氧化，較高的錫液溫度可以加快錫的熱浸鍍速度，縮短熱浸鍍時間。作為優(yōu)選鑲鑄鉛的步驟是將鍍錫鈦板固定在鑄模中；在電阻爐中熔化鉛，熔化溫度范圍為350-550°C，然后澆入鑄模中，待其凝固后取出自然冷卻，即可獲得鈦-鉛復(fù)合陽極。本發(fā)明的技術(shù)效果是觀察本發(fā)明鈦-鉛復(fù)合材料界面處的掃描電鏡及能譜照片可知，復(fù)合材料界面處結(jié)合良好，界面處出現(xiàn)了鈦-錫-鉛三種元素濃度過渡區(qū)，說明此處存在元素之間的相互擴散，因而實現(xiàn)了界面冶金結(jié)合。


圖1為實施例1的鈦-鉛復(fù)合材料界面處的掃描電鏡照片。圖2為實施例1的鈦-鉛復(fù)合材料界面處的掃描能譜照片。圖3為實施例2的鈦-鉛復(fù)合材料界面處掃描電鏡照片。圖4為實施例3的鈦-鉛復(fù)合材料界面處掃描電鏡照片。圖5為實施例4的鈦-鉛復(fù)合材料界面處掃描電鏡照片。圖6為實施例5的鈦-鉛復(fù)合材料界面處掃描電鏡照片。圖7為實施例6的鈦-鉛復(fù)合材料界面處掃描電鏡照片。
具體實施例方式實施例1，一種鈦-鉛復(fù)合陽極制備方法，步驟為①鈦板機械預(yù)處理首先在鈦板上加工螺紋孔，并安裝鈦質(zhì)螺釘，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半，然后采用鋼絲刷將鈦板表面刷光。②鈦板表面清洗采用丙酮去除表面油污，水洗后，浸入30ml/L 60% HF,60ml/L 69% HNO3溶液中發(fā)紅煙，直至板面露出金屬光澤即可，以充分去除鈦板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥處理。③熱浸鍍錫將錫錠置于電阻爐中熔化，并用木炭粉覆蓋表面防止氧化。熔化溫度為600°C。將清洗干凈的鈦板直接浸入錫液中并保持5分鐘，然后取出并迅速浸入室溫水中冷卻。
④鑲鑄鉛將鍍錫鈦板固定在鑄鐵模中，然后將鉛在坩堝中熔化，熔化溫度約為450°C，再將鉛液澆入鑄模中，待其自然冷卻后即可獲得界面冶金結(jié)合良好的鈦-鉛復(fù)合陽極。圖1掃描電鏡形貌觀察表明，復(fù)合材料界面處結(jié)合良好。圖2能譜線掃描表明，界面處出現(xiàn)了鈦-錫-鉛三種元素濃度過渡層，說明此處存在元素之間的相互擴散，因而實現(xiàn)了界面冶金結(jié)合。實施例2，一種鈦-鉛復(fù)合陽極制備方法，步驟為①鈦板機械預(yù)處理首先采用噴丸處理將鈦板表面打光。②鈦板表面清洗采用酒精去除表面油污，水洗后，浸入20ml/L 60% HF、40ml/L 69% HNO3溶液中發(fā)紅煙，直至板面露出金屬光澤即可，以充分去除鈦板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥處理。③熱浸鍍錫將錫錠置于電阻爐中熔化，并用云母粉覆蓋表面防止氧化。熔化溫度為400°C。將清洗干凈的鈦板直接浸入錫液中并保持10分鐘，然后取出并迅速浸入室溫水中冷卻。④鑲鑄鉛將鍍錫鈦板固定在鑄鐵模中，然后將鉛在坩堝中熔化，熔化溫度約為400°C，再將鉛液澆入鑄模中，待其自然冷卻后即可獲得界面冶金結(jié)合良好的鈦-鉛復(fù)合陽極。圖3掃描電鏡形貌觀察表明，復(fù)合材料界面處結(jié)合良好。實施例3，一種鈦-鉛復(fù)合陽極制備方法，步驟為①鈦板機械預(yù)處理首先在鈦板上加工螺紋孔，并安裝鈦質(zhì)螺釘，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半，然后采用噴丸將鈦板表面打光。②鈦板表面清洗采用丙酮有機溶劑去除表面油污，水洗后，浸入60ml/L 42%HF,80ml/L 65% HNO3 溶液中發(fā)紅煙，直至板面露出金屬光澤即可，以充分去除鈦板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥處理。③熱浸鍍錫將錫錠置于電阻爐中熔化，并用磷粉覆蓋表面防止氧化。熔化溫度為700°C。將清洗干凈的鈦板直接浸入錫液中并保持3分鐘，然后取出并迅速浸入室溫水中冷卻。④鑲鑄鉛將鍍錫鈦板固定在鑄鐵模中，然后將鉛在坩堝中熔化，熔化溫度約為550°C，再將鉛液澆入鑄模中，待其自然冷卻后即可獲得界面冶金結(jié)合良好的鈦-鉛復(fù)合陽極。圖4掃描電鏡形貌觀察表明，復(fù)合材料界面處結(jié)合良好。實施例4，一種鈦-鉛復(fù)合陽極制備方法，步驟為①鈦板機械預(yù)處理首先在鈦板上加工螺紋孔，并安裝鈦質(zhì)螺釘，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半，然后采用磨床刷將鈦板表面磨光。
②鈦板表面清洗采用酒精去除表面油污，水洗后，浸入100ml/L 40% HF,200ml/L 70% HNO3溶液中發(fā)紅煙，直至板面露出金屬光澤即可，以充分去除鈦板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥處理。③熱浸鍍錫將錫錠置于電阻爐中熔化，并用鈰粉覆蓋表面防止氧化。熔化溫度為600°C。將清洗干凈的鈦板直接浸入錫液中并保持5分鐘，然后取出并迅速浸入室溫水中冷卻。④鑲鑄鉛將鍍錫鈦板固定在鑄鐵模中，然后將鉛在坩堝中熔化，熔化溫度約為350°C，再將鉛液澆入鑄模中，待其自然冷卻后即可獲得界面冶金結(jié)合良好的鈦-鉛復(fù)合陽極。圖5掃描電鏡形貌觀察表明，復(fù)合材料界面處結(jié)合良好。實施例5，一種鈦-鉛復(fù)合陽極制備方法，步驟為①鈦板機械預(yù)處理首先在鈦板上加工螺紋孔，并安裝鈦質(zhì)螺釘，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半，然后采用鋼絲刷將鈦板表面磨光。②鈦板表面清洗采用丙酮有機溶劑去除表面油污，水洗后，浸入40ml/L 40% HFU00ml/L 65% HNO3溶液中發(fā)紅煙，直至板面露出金屬光澤即可，以充分去除鈦板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥處理。③熱浸鍍錫將錫錠置于電阻爐中熔化，并通入氬氣表面防止氧化。熔化溫度為500°C。將清洗干凈的鈦板直接浸入錫液中并保持5分鐘，然后取出并迅速浸入室溫水中冷卻。④鑲鑄鉛將鍍錫鈦板固定在鑄鐵模中，然后將鉛在坩堝中熔化，熔化溫度約為450°C，再將鉛液澆入鑄模中，待其自然冷卻后即可獲得界面冶金結(jié)合良好的鈦-鉛復(fù)合陽極。圖6掃描電鏡形貌觀察表明，復(fù)合材料界面處結(jié)合良好。實施例6，一種鈦-鉛復(fù)合陽極制備方法，步驟為①鈦板機械預(yù)處理首先在鈦板上加工螺紋孔，并安裝鈦質(zhì)螺釘，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半，然后采用砂紙將鈦板表面打光。②鈦板表面清洗采用丙酮有機溶劑去除表面油污，水洗后，浸入10ml/L 60%HF,30ml/L 69% HNO3 溶液中發(fā)紅煙，直至板面露出金屬光澤即可，以充分去除鈦板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥處理。③熱浸鍍錫將錫錠置于電阻爐中熔化，并用木炭粉覆蓋表面防止氧化。熔化溫度為550°C。將預(yù)處理好的鈦板直接浸入錫液中并保持5分鐘，然后取出并迅速浸入室溫水中冷卻。④鑲鑄鉛將鍍錫鈦板固定在鑄鐵模中，然后將鉛在坩堝中熔化，熔化溫度約為350°C，再將鉛液澆入鑄模中，待其自然冷卻后即可獲得界面冶金結(jié)合良好的鈦-鉛復(fù)合陽極。圖7掃描電鏡形貌觀察表明，復(fù)合材料界面處結(jié)合良好。實施例7，一種鈦-鉛復(fù)合陽極制備方法，步驟為①鈦板機械預(yù)處理首先在鈦板上加工螺紋孔，并安裝鈦質(zhì)鈦質(zhì)螺釘，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半，然后采用鋼絲刷將鈦板表面刷光。②鈦板表面清洗采用丙酮去除表面油污，水洗后，浸入50ml/L 60% HFU00ml/L 65% HNO3溶液中直至發(fā)紅煙，并保持1分鐘左右，以充分去除鈦板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥處理。③熱浸鍍錫將錫錠置于電阻爐中熔化，并用木炭粉覆蓋表面防止氧化。熔化溫度為400°C。將清洗干凈的鈦板直接浸入錫液中并保持3分鐘，然后取出并迅速浸入室溫水中冷卻。④鑲鑄鉛將鍍錫鈦板固定在鑄鐵模中，然后將鉛在坩堝中熔化，熔化溫度約為450°C，再將鉛液澆入鑄模中，待其自然冷卻后即可獲得界面冶金結(jié)合良好的鈦-鉛復(fù)合陽極。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種鈦-鉛復(fù)合陽極，由鈦板、鈦-錫-鉛過渡層、鉛層組成。
2.權(quán)利要求1所述的鈦-鉛復(fù)合陽極，其特征是鈦板上有螺紋孔，安裝鈦質(zhì)螺釘，鈦質(zhì)螺釘將鈦板和鉛層連接起來。
3.權(quán)利要求2所述的鈦-鉛復(fù)合陽極，其特征是螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半。
4.權(quán)利要求3所述的鈦-鉛復(fù)合陽極，其特征是該鈦-鉛復(fù)合陽極用于有色金屬濕法冶金和電鍍。
5.一種鈦-鉛復(fù)合陽極的制備方法，包括下列步驟清洗鈦板；通過熱浸鍍方法在鈦板表面制備一層錫；將鍍錫鈦板固定在鑄模中澆入鉛液，待其自然冷卻后即可獲得鈦-鉛復(fù)合陽極。
6.權(quán)利要求5所述的鈦-鉛復(fù)合陽極的制備方法，其特征是清洗鈦板的步驟為通過噴砂、噴丸、磨床、砂紙或鋼絲刷等機械方法去除表面氧化膜；采用丙酮、酒精等有機溶劑去除表面油污；水洗后，在HF及HNO3混合酸溶液中室溫浸至發(fā)紅煙，進一步除去鈦板表面氧化膜；再次水洗后，在真空干燥箱中干燥處理。
7.權(quán)利要求6所述的鈦-鉛復(fù)合陽極的制備方法，其特征是在清洗鈦板前在鈦板上加工螺紋孔并安裝鈦質(zhì)螺釘，螺釘露出鈦板面的高度不大于鉛層厚度且不小于鉛層厚度的一半。
8.權(quán)利要求7所述的鈦-鉛復(fù)合陽極的制備方法，其特征是在鈦板表面熱浸鍍錫的方法是通過覆蓋木炭、云母、磷粉、鈰粉或通入氬氣等保護條件下在電阻爐中將錫熔化，熔化溫度范圍400-700°C ；然后將干燥的鈦板浸入錫液中，保持3-10分鐘，進行熱浸鍍錫處理； 熱浸鍍結(jié)束后取出水冷，以避免錫在空氣中氧化。
9.權(quán)利要求5所述的鈦-鉛復(fù)合陽極的制備方法，其特征是鑲鑄鉛的步驟是將鍍錫鈦板固定在鑄模中；在電阻爐中熔化鉛，熔化溫度范圍為350-550°C，然后澆入鑄模中，待其凝固后取出自然冷卻，即可獲得鈦-鉛復(fù)合陽極。
全文摘要
本發(fā)明涉及鈦-鉛復(fù)合陽極及其制備方法。該復(fù)合電極由鈦板、鈦-錫-鉛過渡層、鉛層組成，鈦板上有螺紋孔，并安裝鈦質(zhì)螺釘。本發(fā)明還提供了該鈦-鉛復(fù)合陽的極制備方法，包括下列步驟清洗鈦板；通過熱浸鍍方法在鈦板表面制備一層錫；將鍍錫鈦板固定在鑄模中澆入鉛液，待其自然冷卻后即可獲得鈦-鉛復(fù)合陽極。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)鉛與鈦之間的冶金結(jié)合，并在螺釘緊固的輔助作用下，達到提高復(fù)合材料的強度和界面導(dǎo)電性能。
文檔編號C23C2/08GK102433573SQ20111036584
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者李為民, 李海, 王芝秀 申請人:宜興市四達鉛錫材料有限公司, 常州大學(xué)