一種具有二硼化鈦中間涂層的復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有二硼化鈦中間涂層的復(fù)合材料，屬于濕法冶金和電化學(xué)冶金【技術(shù)領(lǐng)域】?；w金屬板材的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦和表面活性涂層，中間層二硼化鈦的厚度為0.5～3μm，表面活性涂層的厚度為0.2～1mm?；w金屬板材為鈦板材或鋁板材(純鋁、純鈦、鋁合金板或鈦合金板)，厚度為0.5～5mm。表面活性涂層的材料為鉛、錳以及稀土元素氧化物組成的多元體系涂層，具體成分的為二氧化鉛70～90wt%，二氧化錳10～30wt%，稀土氧化物0.1～5.0wt%。該合電極板界具有面結(jié)合性好、導(dǎo)電性能好、耐蝕性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種具有二硼化鈦中間涂層的復(fù)合材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有二硼化鈦中間涂層的復(fù)合材料，屬于濕法冶金和電化學(xué)冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]有色金屬的提取是全國(guó)重要的支柱產(chǎn)業(yè)。濕法電解(電沉積)是有色金屬提取領(lǐng)域的主要方法和未來(lái)發(fā)展方向之一。電極是濕法電解(電沉積)中的關(guān)鍵材料，稱之為電化學(xué)體系的“心臟”。因此，電極材料的選擇和制備一直是濕法電解工業(yè)和電化學(xué)工業(yè)的一個(gè)難題和競(jìng)相研究的重要課題。目前用于濕法冶金的不溶性陽(yáng)極材料主要以鉛基合金電極(簡(jiǎn)稱鉛電極)和鈦基涂層電極(簡(jiǎn)稱鈦電極)為主，然而鉛的內(nèi)阻大、析氧電位高、電能消耗大、質(zhì)量重以及易溶解，不僅電極消耗大，且污染電解液和陰極析出產(chǎn)品，導(dǎo)致陰極電沉積產(chǎn)品中的雜質(zhì)鉛含量增加；而鈦電極的內(nèi)阻大，是其作為電極材料的主要缺陷，且鈦電極主要以銥、釕、鉭等稀貴金屬氧化物作為活性催化涂層原料，不僅成本昂貴，且在硫酸電解過(guò)程中涂層易脫落失效。
[0003]縱觀國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可以看出，人們對(duì)新型電極材料開展了廣泛而深入的研究，同時(shí)對(duì)涂層電極材料的基體的選擇主要集中在鋼、不銹鋼、鋁、塑料、陶瓷等材料上，且取得了階段性的成果，為其工業(yè)應(yīng)用和其它金屬電極的開發(fā)奠定了理論指導(dǎo)和技術(shù)依據(jù)。鋁因?yàn)槠淞己玫膶?dǎo)電性，以及即使在電沉積過(guò)程中被浸蝕也不會(huì)毒化電解液、污染陰極析出產(chǎn)品，因此鋁基體受到了研究者們的廣泛關(guān)注。然而，所有的研究均未能解決在長(zhǎng)期電沉積過(guò)程中新生態(tài)氧原子和酸液沿著涂層孔隙擴(kuò)散到基體表面形成氧化物絕緣層或基體被浸蝕使陽(yáng)極失效的問(wèn)題。因此，如何進(jìn)一步的提升新型電極的性能，就需從如何降低涂層電極基體的電阻率，同時(shí)保護(hù)低電阻率的基體在電沉積過(guò)程中不被浸蝕的問(wèn)題入手。
[0004]受到鈦基貴金屬氧化物涂層(DSA)的啟發(fā)，人們?cè)噲D在鈦基體表面涂覆鉛、錳氧化物作為表面催化活性涂層的新型鈦電極，以此降低鈦電極的成本和拓寬其在析氧型的硫酸體系中應(yīng)用。然而，該電極使用時(shí)，硫酸體系中強(qiáng)氧化型溶液會(huì)通過(guò)涂層的孔洞浸蝕到鈦基表面生成二氧化鈦鈍化層，致使鈦基體與涂層間的內(nèi)阻增大，電極性能下降。為此，有研究者在鈦基體氧化鉛外涂層間用熱分解法、化學(xué)鍍法覆鍍一層Sn02+Sb203中間過(guò)渡層，以解決鈦基體表面被浸蝕鈍化的問(wèn)題。然而，Sn02+Sb203鍍層仍然存在內(nèi)阻過(guò)大，而導(dǎo)致電極槽電壓較高的問(wèn)題，可以測(cè)得Sn02+Sb203最小配比電阻值是TiB2的18倍。因此，要進(jìn)一步提高鈦/ 二氧化鉛涂層電極的性能，則需從降低中間過(guò)渡層的內(nèi)阻入手。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種具有二硼化鈦中間涂層的復(fù)合材料，該復(fù)合材料的內(nèi)阻小、耐蝕性強(qiáng)、導(dǎo)電性能好。
[0006]本發(fā)明的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)為:如圖1所示，基體金屬板材I的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦2和表面活性涂層3，中間層二硼化鈦2的厚度為0.5?3 μ m，表面活性涂層3的厚度為0.2~1_。
[0007]所述基體金屬板材I為鈦板材或鋁板材(純鋁、純鈦、鋁合金板或鈦合金板)，厚度為 0.5 ~Smnin
[0008]所述表面活性涂層3的材料為鉛、錳以及稀土元素氧化物組成的多元體系涂層，具體成分的為二氧化鉛70~90wt%，二氧化錳10~30wt%，稀土氧化物0.1~5.0wt%。
[0009]所述中間層二硼化鈦2的涂覆方法為熱軋-熱壓擴(kuò)散焊接、電弧(或氧乙炔)噴涂、噴射沉積、離子束濺射等方法；表面活性涂層3是采用電鍍方法制備的。
[0010]鈦?zhàn)鳛殡姌O的基體，由于其具有的陽(yáng)極尺寸穩(wěn)定、工作電壓低、耐蝕性好、電解反應(yīng)穩(wěn)定性好以及自身所具有的“閥金屬”等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于濕法冶金、環(huán)保、氯堿以及化工等工業(yè)領(lǐng)域中；鋁作為電極材料，主要是由于其低的電阻率，但由于其的易溶解性，而限制了其的廣泛應(yīng)用，目前僅在一些濕法冶金、環(huán)保、氯堿以及化工等工業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域被用作負(fù)極材料。
[0011]在復(fù)合材料中，中間過(guò)渡層TiB2既是作為內(nèi)芯金屬的防腐保護(hù)層和電子傳輸層，不僅避免了因基體在電解過(guò)程不被電解液浸蝕和電解過(guò)程中產(chǎn)生的氧離子發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致的涂層失效，而且中間過(guò)渡層的選擇可實(shí)現(xiàn)基體、涂層與其形成固溶體，形成了連續(xù)、穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài)，間接地增強(qiáng)了涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，防止了涂層的脫落失效，保證了涂層的使用壽命。同時(shí)，中間過(guò)渡層TiB2的低電阻率為電極內(nèi)電子的快速轉(zhuǎn)移和材料間的結(jié)合強(qiáng)度提供了可靠的保障。而且，材料結(jié)構(gòu)的改變對(duì)電極電流的傳輸方式也產(chǎn)生了一定影響，其可充分發(fā)揮內(nèi)芯金屬優(yōu)異電化學(xué)性質(zhì)，以其作為電極的集流載體和導(dǎo)電通道，結(jié)合具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的中間層，可起到降低電極內(nèi)阻、加快電子在電極中的傳輸速度、降低電極電位和均化電流分布的作用.復(fù)合電極材料是未來(lái)濕法冶金、電化學(xué)工業(yè)研究開發(fā)和應(yīng)用的發(fā)展方向，本發(fā)明對(duì)新型梯度復(fù)合電極進(jìn)行深入仔細(xì)地探索，節(jié)能型高性能的新型電極材料的發(fā)展開辟一條新途徑，這不僅為設(shè)計(jì)和制備新`型梯度復(fù)合電極材料的優(yōu)化提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)，而且為濕法冶金和電化學(xué)工業(yè)帶來(lái)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量等重大實(shí)用價(jià)值，具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。也為低成本節(jié)能型電極材料的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及電極組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)性等應(yīng)用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:該合電極板界具有面結(jié)合性好、導(dǎo)電性能好、耐蝕性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。由低電阻率的二硼化鈦為表面，以此改善電極的導(dǎo)電性能，用其作為基體采用電鍍法所制備的高活性廉價(jià)金屬氧化物涂層，氧化物涂層與中間層二硼化鈦具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，可使兩者實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、連續(xù)的結(jié)合狀態(tài)，使電極電流分布均勻、提高了電沉積產(chǎn)品的純度以及達(dá)到節(jié)能降耗的效果，鈦/ 二硼化鈦復(fù)合電極的槽電壓比傳統(tǒng)鉛合金電極板降低4%~8% (針對(duì)不同的電沉積體系和環(huán)境)，同時(shí)陰極析出產(chǎn)品的雜質(zhì)含量降低20%~50% (以產(chǎn)品中雜質(zhì)鉛的含量為主)提高產(chǎn)品純度；鋁/ 二硼化鈦復(fù)合電極的槽電壓比傳統(tǒng)鉛合金電極板降低6%~15%(針對(duì)不同的電沉積體系和環(huán)境)，同時(shí)降低陰極析出產(chǎn)品的雜質(zhì)含量降低40%~70% (以產(chǎn)品中雜質(zhì)鉛的含量為主)，提高產(chǎn)品純度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)示意圖。[0014]圖中:1-基體金屬板材，2-中間層二硼化鈦，3-表面活性涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]實(shí)施方式一:如圖1所不，本發(fā)明的復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)是:基體金屬板材I的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦2和表面活性涂層3，中間層二硼化鈦2的厚度為0.5 μ m，表面活性涂層3的厚度為1mm。基體金屬板材I為純鈦或純鋁板材，厚度為0.5mm。表面活性涂層3的材料為鉛、錳以及稀土元素氧化物組成的多元體系涂層，具體成分的為二氧化鉛70wt%,二氧化猛20wt%,稀土氧化物0.lwt%。
[0017]將120 X 120X0.8mm鋁板除油、噴砂，利用H62型熱軋機(jī)和ZT-45-18Y型真空熱壓爐，工作參數(shù)為熱軋溫度為400°C、燒結(jié)溫度為450°C、真空度10-2Pa、保溫時(shí)間4h，在鋁板表面制備出0.5~3μπι的二硼化鈦中間層，電鍍表面活性涂層，應(yīng)用于電解中槽電壓比傳統(tǒng)鉛合金電極板降低69TlO%(針對(duì)不同的電沉積體系和環(huán)境)，陰極析出產(chǎn)品雜質(zhì)含量平下降459^58%。
[0018]實(shí)施方式二:如圖1所示，本發(fā)明的復(fù)合板材的的結(jié)構(gòu)是:本發(fā)明的復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)是:基體金屬板材I的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦2和表面活性涂層3，中間層二硼化鈦2的厚度為0.6 μ m，表面活性涂層3的厚度為0.8mm?；w金屬板材I為純鈦或純鋁板材，厚度為5_。表面活性涂層3的材料為鉛、錳以及稀土元素氧化物組成的多元體系涂層，具體成分的為二氧化鉛78wt%，二氧化錳30wt%，稀土氧化物4wt%。
`[0019]將120 X 120 X 0.8mm鋁板除油、噴砂，利用工作參數(shù)為噴涂電壓38V、電流160A、空氣壓力為0.5MPa、噴涂距離為100mm，CDM-1620型電弧噴涂機(jī)在鋁板表面噴涂0.5^3 μ m的二硼化鈦中間層，電鍍表面活性涂層，應(yīng)用于電解中槽電壓比傳統(tǒng)鉛合金電極板降低9%~15% (針對(duì)不同的電沉積體系和環(huán)境)，陰極析出產(chǎn)品雜質(zhì)含量平均下降45%~59%。
[0020]實(shí)施方式三:如圖1所示，本發(fā)明的復(fù)合板材的的結(jié)構(gòu)是:本發(fā)明的復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)是:基體金屬板材I的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦2和表面活性涂層3，中間層二硼化鈦2的厚度為3 μ m，表面活性涂層3的厚度為0.2mm?；w金屬板材I為純鈦或純鋁板材，厚度為5mm。表面活性涂層3的材料為鉛、錳，具體成分的為二氧化鉛90wt%，二氧化猛 10wt%。
[0021]將120X120X0.8mm鋁板表面去油、噴砂，利用工作參數(shù)為噴涂電壓36V、電流200A、空氣壓力0.5MPa、噴涂距離180mm，CDM-1620電弧噴涂機(jī)噴涂0.5~3 μ m厚的二硼化鈦中間層，電鍍表面活性涂層，應(yīng)用于電解中槽電壓比傳統(tǒng)鉛合金電極板降低8%~13%(針對(duì)不同的電沉積體系和環(huán)境)，陰極析出產(chǎn)品雜質(zhì)含量平均下降48%~62%。
[0022]實(shí)施方式四:如圖1所示，本發(fā)明的復(fù)合板材的的結(jié)構(gòu)是:本發(fā)明的復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)是:基體金屬板材I的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦2和表面活性涂層3，中間層二硼化鈦2的厚度為2 μ m，表面活性涂層3的厚度為0.6mm。基體金屬板材I為純鈦或純鋁板材，厚度為4_。表面活性涂層3的材料為鉛、錳以及稀土元素氧化物組成的多元體系涂層，具體成分的為二氧化鉛80wt%，二氧化錳10wt%，稀土氧化物5wt%。
[0023]將120 X 120 X 0.8mm鋁板表面去油、噴砂，放入氬氣氛沉積室，預(yù)熱至30(TC表面霧化沉積0.5~3 μ m厚的二硼化鈦中間層，電鍍表面活性涂層，應(yīng)用于電解中槽電壓比傳統(tǒng)鉛合金電極板降低8%?11%(針對(duì)不同的電沉積體系和環(huán)境)，陰極析出產(chǎn)品雜質(zhì)含量平均下降63%?70%。
[0024]實(shí)施方式五:如圖1所示，本發(fā)明的復(fù)合板材的的結(jié)構(gòu)是:本發(fā)明的復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)是:基體金屬板材I的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦2和表面活性涂層3，中間層二硼化鈦2的厚度為2 μ m，表面活性涂層3的厚度為0.6mm?；w金屬板材I為純鈦或純鋁板材，厚度為4_。表面活性涂層3的材料為鉛、錳以及稀土元素氧化物組成的多元體系涂層，具體成分的為二氧化鉛80wt%，二氧化錳10wt%，稀土氧化物5wt%。
[0025]將120X120X0.8mm鋁板表面去油、噴砂，放入氬氣氛沉積室，預(yù)熱至400°C表面霧化沉積0.5?3 μ m厚的二硼化鈦中間層，電鍍表面活性涂層，應(yīng)用于電解中槽電壓比傳統(tǒng)鉛合金電極板降低10%?15% (針對(duì)不同的電沉積體系和環(huán)境)，陰極析出產(chǎn)品雜質(zhì)含量平均下降58%?69%。
[0026]實(shí)施方式六:如圖1所示，本發(fā)明的復(fù)合板材的的結(jié)構(gòu)是:本發(fā)明的復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)是:基體金屬板材I的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦2和表面活性涂層3，中間層二硼化鈦2的厚度為2 μ m，表面活性涂層3的厚度為0.6mm?；w金屬板材I為純鈦或純鋁板材，厚度為4_。表面活性涂層3的材料為鉛、錳以及稀土元素氧化物組成的多元體系涂層，具體成分的為二氧化鉛78wt%，二氧化錳16wt%，稀土氧化物0.4wt%。
[0027]將600X600X IOmm鋁板表面進(jìn)行除油、清洗干凈、噴砂、刻蝕等處理，放入離子束濺射設(shè)備中，其工作參數(shù)為Ar流量8.5sccm,屏壓2.8KV，束流70mA，在鈦板表面鍍一層0.5?3μπι厚的二硼化鈦中間層，電鍍表面活性涂層，應(yīng)用于電解中槽電壓比傳統(tǒng)鉛合金電極板降低9%?15% (針對(duì)不同的電沉積體系和環(huán)境)，陰極析出產(chǎn)品雜質(zhì)含量平均下降62% ?70% ο
[0028]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種具有二硼化鈦中間涂層的復(fù)合材料，其特征在于:基體金屬板材I的外表面依次涂覆有中間層二硼化鈦(2)和表面活性涂層(3)，中間層二硼化鈦(2)的厚度為0.5?3 μ m，表面活性涂層(3)的厚度為0.2?1mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有二硼化鈦中間涂層的復(fù)合材料，其特征在于:所述基體金屬板材(I)為鈦板材或招板材，厚度為0.5?5_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有二硼化鈦中間涂層的復(fù)合材料，其特征在于:所述表面活性涂層(3)的材料為鉛、錳以及稀土元素氧化物組成的多元體系涂層，具體成分的為二氧化鉛70?90wt%, 二氧化猛10?30wt%,稀土氧化物0.1?5.0wt%。
【文檔編號(hào)】B32B9/04GK103552312SQ201310518953
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】竺培顯, 韓朝輝 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)