專利名稱：一種新型Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法
一種新型Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法
抆術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種濕法冶金中所用Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法，特別涉及所選中間介 質(zhì)熔點低于Al芯材及工作表面Pb的熔點的Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法，屬復(fù)合電極的 加工制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是對本申請的申請人已提交的中國專利申請"鋁鉛層狀復(fù)合材料"(申請?zhí)?200710065789.9)和"鋁鉛復(fù)合電極材料的制備方法"(專利申請?zhí)?200710065788. 4)的進(jìn)
一步改進(jìn)。
濕法冶金中，不僅要求電極的導(dǎo)電性好,性能穩(wěn)定，且由于通常電極需浸泡于腐蝕性較強 的溶液當(dāng)中，因而對電極的材料有較強的耐腐蝕要求。在傳統(tǒng)的濕法冶金中，通常釆用以Pb 為主要原料制成的Pb合金為電極，其抗腐蝕性較強，但其機械強度低、內(nèi)阻大、重量大，雖 然通過加入合金的方式能使一些性能有所改善，但對另一些性能又會造成新的不利影響。為 此，申請人發(fā)明了 "鋁鉛層狀復(fù)合材料"和"鋁鉛復(fù)合電極材料的制備方法"，對濕法冶金中
所用的電極材料進(jìn)行了改進(jìn)，通過層狀復(fù)合入導(dǎo)電性能好、重量輕、成本低的中間芯材(如 Al、 Mg等)及連接介質(zhì)，極大地改善了傳統(tǒng)Pb合金電極固有的機械強度低、內(nèi)阻大、重量 大等弊病，且實現(xiàn)了 Al/Pb界面的冶金化結(jié)合。申請人還申請了另一項專利"一種制備鋁/鉛 系層狀復(fù)合材料金相樣品及顯示組織的方法"(專利申請?zhí)?00810058704.9)，提供了一種 針對此復(fù)合材料的金相制樣方法及顯示組織的方法。然而，在上述"銷鉛復(fù)合電極材料的制 備方法"中，還存在的不足之處是在所選中間介質(zhì)的熔點低于A1芯材與Pb工作表層的熔 點的情況下，當(dāng)采用液固澆鑄成型時，由于Pb液溫度過高引起界面結(jié)合介質(zhì)可能被部分沖刷， 使Al/Pb界面的冶金結(jié)合強度受到影響，從而導(dǎo)致該電極的導(dǎo)電性、槽電壓、腐蝕率受到影 響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于針對所選中間介質(zhì)熔點低于Al芯材及Pb工作表層的熔點的情況， 提供一種新的Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法，以改善界面的結(jié)合狀態(tài)，提高電極材料的綜 合性能。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)所述一種新型Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法， 包括下列工藝步驟
A、將裁剪好的A1芯材表面除去氧化膜，在300 350'C溫度范圍內(nèi)鍍覆好中間介質(zhì)，自 然冷卻到室溫狀態(tài)。B、 將350-50(TC的Pb液澆鑄成型為具有外層工作表面及一端有底的空腔結(jié)構(gòu)體Pb工
作表層。
C、 將熔化的中間介質(zhì)在低于30(TC時的溫度下注入B步驟中制備的Pb工作表層的空腔 中，其注入量為在中間介質(zhì)中插入A1芯材后能剛好填滿空腔的容積。
D、 在B、 C步驟進(jìn)行的同時，將按步驟A得到的鍍覆好中間介質(zhì)的Al芯材預(yù)熱到150~ 250 。C。
E、 將D步驟準(zhǔn)備好的Al芯材作為內(nèi)芯迅速插入C步驟的Pb工作表層空腔的中間介質(zhì) 液中，保持150 300'C之間中間介質(zhì)的熔點以土的溫度擴散燒結(jié)10-60分鐘的時間，自然 冷卻到室溫，得到中部為A1芯、外部為Pb層，中間為連接介質(zhì)的Al/Pb層狀復(fù)合電極。
所述B步驟中的Pb液，其材料為現(xiàn)有濕法冶金技術(shù)中的任何一種Pb合金材料。
所述C步驟中的中間介質(zhì)為Bi、 Sn中的一種或由Bi、 Ca、 Mg、 Sb、 Sn、 Zn中幾種所
制成的、其熔點低于Al和Pb熔點的合金，其介于Al與Pb之間的擴散層厚度控制在50-
1500nm之間。
本f明的有益效果是由于本發(fā)明在工藝中降低了 Pb液和中間介質(zhì)的溫度，并使鍍覆好 中間介質(zhì)的Al芯材保持在150 ~ 30(TC之間中間介質(zhì)的熔點以上的溫度擴散燒結(jié)10 ~ 60分鐘 的時間，解決了熔點較低的中間介質(zhì)與Al、 Pb的相容性問題及制備工藝的難題，使A1/Pb界 面實現(xiàn)了冶金結(jié)合，更具備了 Al/中間介質(zhì)/Pb的微合金化連續(xù)過渡的完整組織特征。所制得 的Al/Pb層狀復(fù)合電極在界面結(jié)合強度、導(dǎo)電性、槽電壓、腐蝕率方面均取得了令人滿意的 效果。


圖1為用本發(fā)明之方法制備的Al/Pb層狀復(fù)合電極的Pb合金結(jié)構(gòu)體。 圖2為本發(fā)明之方法制備的Al/Sn/Pb層狀復(fù)合電極界面的能譜掃描圖。 圖3為本發(fā)明方法制得的Al/Pb層狀復(fù)合電極外形示意圖。 圖4為本發(fā)明方法制得的Al/Bi/Pb層狀復(fù)合電極界面的能譜掃描圖。 圖中,l: Pb工作表層；2:中間介質(zhì)；3: Al芯材。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但實施例不是對本發(fā)明的限定。 實施例1
選擇厚度為1.2mm的工業(yè)級的Al板，裁剪成適當(dāng)?shù)臈l帶，經(jīng)清洗除油，用機械方法除去 表面氧化膜，浸入溫度為375。C的Sn液中浸鍍，鍍層約為150pm時，取出表面為Sn層的Al 條，自然冷卻到室溫。將375。C的Pb合金液(Pb-1Ag-0. 1Ca)倒入鋼模中澆鑄成具有外層(工作表面)及內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)體，冷卻到室溫脫模，腔厚為1.5誦(如圖1所示)。將28(TC熔化的 Sn液注入l步驟的Pb合金結(jié)構(gòu)體腔中，液面在其2/3容積處，設(shè)置溫控儀使系統(tǒng)保溫在280 'C。將上述A1條預(yù)熱到250°C，迅速插入Pb合金結(jié)構(gòu)體腔體內(nèi)熔化的中間介質(zhì)Sn液中，溫 度保持在250 28(TC液固擴散燒結(jié)1小時，自然冷卻到室溫，得到中部為Al芯、外部為Pb 層、中間為Sn連接介質(zhì)的Al/Pb層狀復(fù)合電極。
將此Al/Pb層狀復(fù)合電極按照發(fā)明專利"一種制備鋁/鉛系層狀復(fù)合材料金相樣品及顯示 組織的方法"(公開號CN 101319974A)對其界面進(jìn)行處理，得到界面能譜掃描圖(如圖2 所示)，可以清楚地看到沿著Al到Pb的方向在界面的元素分布情況是Al與Pb元素均呈現(xiàn)出 類似"Z"字型的梯度分布，而Sn的分布則表現(xiàn)出在界面處的相對均勾的擴散，在結(jié)合圖中 Al、 Pb側(cè)的波浪形擴散滲透情況，說明整個復(fù)合材料的界面已實現(xiàn)了冶金一體化，具備了層 狀復(fù)合材料界面應(yīng)有的結(jié)合特性。
實施例2
樣品制備步驟與實施例l基本相同，不同之處在于所選的中間介質(zhì)為29(TC熔化的Bi, Al插入Pb合金結(jié)構(gòu)體腔體內(nèi)熔化的中間介質(zhì)Bi液中，溫度保持在280 30(TC液固擴散燒結(jié) 30分鐘，自然冷卻到室溫，得到中部為Al芯、外部為Pb層、中間為Bi連接介質(zhì)的Al/Pb層 狀復(fù)合電極(如圖3)，將此Al/Pb層狀復(fù)合電極按照發(fā)明專利"一種制備鋁/鉛系層狀復(fù)合材 料金相樣品及顯示組織的方法"(公開號CN 101319974A)對其界面進(jìn)行處理，得到界面能 譜掃描圖(如圖4所示)，可以清楚地看到界面Bi類似實施例l樣中Sn的分布，Al、 Pb的 分布幾與實施例l同，說明整個復(fù)合材料的界面已實現(xiàn)了冶金一體化，具備了層狀復(fù)合材料 界面應(yīng)有的結(jié)合特性。
實施例3
樣品制備步驟與實施例1基本相同，不同之處在于所選的中間介質(zhì)為245'C熔化的 Sn-5Zn-3Bi合金，Al插入Pb合金結(jié)構(gòu)體腔體內(nèi)熔化的中間介質(zhì)液中，溫度保持在260 ~ 280 'C液固擴散燒結(jié)40分鐘，自然冷卻到室溫，得到中部為Al芯、外部為Pb層、中間為Sn-5Zn-3Bi 連接介質(zhì)的Al/Pb層狀復(fù)合電極，經(jīng)金相制樣處理后表明該電極具備了層狀復(fù)合材料界面應(yīng) 有的結(jié)合特性，實現(xiàn)了冶金一體化。
權(quán)利要求
1、一種Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法，其特征在于本發(fā)明依次包括下列工藝步驟A、將裁剪好的Al芯材(3)表面除去氧化膜，在300～350℃溫度范圍內(nèi)鍍覆好中間介質(zhì)(2)，自然冷卻到室溫狀態(tài)；B、將350～500℃的Pb液澆鑄成型為具有外層工作表面及一端有底的空腔結(jié)構(gòu)體Pb工作表層(1)；C、將熔化的中間介質(zhì)(2)在低于300℃時的溫度下注入B步驟中制備的Pb工作表層(1)的空腔中，其注入量為在中間介質(zhì)(2)中插入Al芯材(3)后能剛好填滿空腔的容積；D、在B、C步驟進(jìn)行的同時，將按步驟A得到的鍍覆好中間介質(zhì)的Al芯材(3)預(yù)熱到150～250℃；E、將D步驟準(zhǔn)備好的Al芯材(3)作為內(nèi)芯迅速插入C步驟的Pb工作表層(1)空腔的中間介質(zhì)(2)液中，保持150～300℃之間中間介質(zhì)(2)的熔點以上的溫度擴散燒結(jié)10～60分鐘的時間，自然冷卻到室溫，得到中部為Al芯、外部為Pb層，中間為連接介質(zhì)的Al/Pb層狀復(fù)合電極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法，其特征在于所述B 步驟中的Pb液，其材料為現(xiàn)有濕法冶金技術(shù)中的任何一種Pb合金材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法，其特征在于所述C 步驟中的中間介質(zhì)(2)為Bi、 Sn中的一種或由Bi、 Ca、 Mg、 Sb、 Sn、 Zn中幾種所制成的、 其熔點低于Al和Pb熔點的合金，其介于Al與Pb之間的擴散層厚度控制在50~ 1500nm之 間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種Al/Pb層狀復(fù)合電極的制備方法，屬于濕法冶金領(lǐng)域用電極的制備技術(shù)。本法先將350～500℃的Pb合金液澆鑄成型為該層狀復(fù)合電極的工作表面(外殼)，將熔化狀態(tài)的中間介質(zhì)在低于300℃時的溫度下注入Pb殼體，把表面鍍覆好該中間介質(zhì)的Al芯材預(yù)熱到150～250℃，迅速插入Pb殼體的中間介質(zhì)液中，保持150～300℃之間中間介質(zhì)的熔點以上的溫度液固擴散燒結(jié)10-60分鐘，自然冷卻到室溫，得到中部為Al芯、外部為Pb層、中間為連接介質(zhì)的Al/Pb層狀復(fù)合電極。本發(fā)明解決了熔點較低的中間介質(zhì)與Al、Pb的相容性問題及制備工藝的難題，適用于中間介質(zhì)的熔點低于金屬Al和Pb的熔點的情況。
文檔編號C25C7/02GK101481807SQ20091009400
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)明者周生剛, 勇 孫, 孫麗達(dá), 竺培顯, 黃子良, 黃文芳 申請人:昆明理工大學(xué)