專利名稱：一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬冶煉、蓄電池等領(lǐng)域的金屬基復(fù)合材料，尤其是一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極制備方法。
背景技術(shù)：
一般作為電解生產(chǎn)的電極材料必需滿足以下基本要求(I)良好的導(dǎo)電性；(2)耐腐蝕性強(qiáng)；(3)機(jī)械強(qiáng)度和加工性能好；(4)使用壽命長(zhǎng)、費(fèi)用低；(5)對(duì)電極反應(yīng)具有良好的電催化性能。冶金工作者和科研工作者為開(kāi)發(fā)性能更加優(yōu)越的陽(yáng)極材料進(jìn)行了大量的研究和開(kāi)發(fā)。綜合國(guó)內(nèi)外目前的研究和使用情況，主要有以下四類I、鉛及鉛合金陽(yáng)極 鉛和鉛合金陽(yáng)極基本上能滿足生產(chǎn)需要，目前在有色金屬工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。該陽(yáng)極其主要優(yōu)點(diǎn)在于具有較好的導(dǎo)電性能，且熔點(diǎn)、硬度小，易鑄造或壓延成型；在硫酸介質(zhì)中較穩(wěn)定；制造成本低等。其缺點(diǎn)是鉛及鉛基合金陽(yáng)極存在析氧過(guò)電位高(接近IV)和表面鈍化膜不致密、電解過(guò)程中吸附大量不導(dǎo)電二氧化錳等，導(dǎo)致電解槽電壓高(如鋅電積為3. 2 3. 8V);電積過(guò)程電流效率低(75 90% );能耗高(如鋅電積為3200 3800千瓦時(shí)/噸)；陽(yáng)極壽命短(6 12月)；陽(yáng)極鉛的腐蝕產(chǎn)物易進(jìn)入陰極產(chǎn)品，影響陰極產(chǎn)品質(zhì)量；機(jī)械強(qiáng)度低，容易變形引起短路等。2、復(fù)合電催化鉛基陽(yáng)極此類陽(yáng)極通過(guò)沉積、涂覆、鑲嵌等方法在鉛及鉛合金基體上復(fù)合入析氧電催化活性好和高的電化學(xué)穩(wěn)定性的材料。該類電極與鉛-銀陽(yáng)極相比，其主要優(yōu)點(diǎn)在于多元鉛基合金和復(fù)合電催化鉛基陽(yáng)極雖然改進(jìn)了陽(yáng)極的部分性能。其缺點(diǎn)是沒(méi)有從根本上解決其不足，特別是電解液中存在較多的Cr。Cl-可能取代PbO2晶格中的氧離子，引起晶粒間的破壞，造成鉛基陽(yáng)極被Cl—嚴(yán)重腐蝕。3、鈦基電催化陽(yáng)極此類陽(yáng)極以金屬鈦(Ti)為基體，主要有2種電極一是薄涂層鈦基陽(yáng)極，其涂層厚度從幾微米到十幾微米；二是厚涂層鈦基陽(yáng)極，其涂層厚度在O. 5mm以上，甚至可達(dá)3_，此類陽(yáng)極包括鈦基二氧化錳陽(yáng)極(Ti/Mn02)、鈦基二氧化鉛陽(yáng)極(Ti/Pb02)等。該類電極與鉛-銀陽(yáng)極相比，其主要優(yōu)點(diǎn)在于形狀尺寸非常穩(wěn)定，可消除陽(yáng)極鉛對(duì)產(chǎn)品的污染，降低析氧超電位，耐腐蝕性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是制作技術(shù)要求高，電極在硫酸介質(zhì)中使用壽命較短，而且此類陽(yáng)極以鈦為基體材料成本高。4、其它基體復(fù)合電催化陽(yáng)極此類復(fù)合電極材料以鉛合金、鋁或不銹鋼為基體，采用除油一浸鋅(Zn)—鍍鉛(Pb)—電化學(xué)氧化一脈沖電沉積二氧化錳(MnO2)的工藝來(lái)制取。該電極與鉛-銀陽(yáng)極相t匕，其主要優(yōu)點(diǎn)在于使用該復(fù)合電極材料在電積金屬時(shí)，陽(yáng)極表面形成一層致密的膜層，使陽(yáng)極處于非溶狀態(tài)，能提高陰極產(chǎn)品的質(zhì)量，降低槽電壓。其缺點(diǎn)是這種陽(yáng)極材料在生產(chǎn)過(guò)程中存在不足生產(chǎn)流程過(guò)長(zhǎng)，生產(chǎn)能耗高。浸鋅、鍍鉛、漂洗等工藝，會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，環(huán)境污染較為嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極制備方法，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在可顯著降低生產(chǎn)成本，提高機(jī)械強(qiáng)度，降低自重。明顯提高材料導(dǎo)電性能，增大有效導(dǎo)電面積，克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極，其特征是所述的鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極的材芯為鋁基材料，材芯表面粗糙帶毛刺開(kāi)有若干條沿長(zhǎng)度方向的線狀燕尾槽，鋁基材料外包覆有包覆材料層即為復(fù)合材料，復(fù)合材料外表面經(jīng)增表處理再經(jīng)外形加工成陽(yáng)極板面；由純鉛與銅排澆鑄的導(dǎo)電梁；陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極。所述的鋁基鉛及鉛合金復(fù)合材料外表面經(jīng)增表處理再經(jīng)外形加工成陽(yáng)極板面，由純鉛與銅排澆鑄的導(dǎo)電梁；陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極。澆鑄溫度480 500°C，銅排材質(zhì)為T2。所述的鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極板面是鋁基鉛合金復(fù)合材料為a、棒材(Φ6 O30mm)彎曲后剪切端頭成，棒材彎曲后剪切成，相鄰2根棒材距離5 15mm，表面積相對(duì)同尺寸光滑板表面積增大I I. 5倍；b、帶材(厚度6 15mm寬30 1000mm)剪切成,相鄰2根帶材距離5 15mm,表面積相對(duì)同尺寸光滑板表面積增大I I. 5倍。所述的鋁基鉛合金復(fù)合材料是材芯為鋁基材料，材芯表面粗糙帶毛刺開(kāi)有若干條沿鋁材長(zhǎng)度方向的線狀燕尾槽，鋁基材料外包覆有鉛及鉛合金包覆層即為復(fù)合材料，復(fù)合材料外表面經(jīng)增表處理有圓弧凸凹狀或者鋸齒狀花紋。所述的招基材料為Φ3 C>20mm的棒材或厚度2 5mm寬30 IOOOmm帶材,材
質(zhì)為純招或招合金。所述的包覆材料為按鉛合金各組元比例配制澆鑄成Φ7 Φ20πιπι的棒材，包覆材料層厚I. 5 5mm ;材質(zhì)為純鉛或鉛合金。所述的鋁基材料表面粗糙帶毛刺，毛刺長(zhǎng)小于O. 5mm，開(kāi)有若干條線狀燕尾槽，燕尾槽上寬O. 5 3. Ctam,下寬O. 75 5. Ctam,深O. 5 2. 0臟。所述的復(fù)合材料成品外表面增表處理為圓弧凸凹狀或者鋸齒狀花紋，花紋深度
O.2 I. 5mm,花紋圓弧半徑O. 5 5_。一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極的制備方法，工藝步驟如下I、按鉛或鉛合金各組元比例配制燒鑄成鉛合金棒材；
2、在鋁基材料棒材表面加工若干條沿鋁材長(zhǎng)度方向的線狀燕尾槽；3、加工好燕尾槽的鋁基材料棒材表面拉毛處理；4、鋁基材料和鉛或鉛合金棒材送入包覆設(shè)備進(jìn)行包覆鉛或鉛合金包覆材料層；5、包覆完后在包覆材料層表面立即進(jìn)行增表處理得到圓弧凸凹狀或者鋸齒狀花紋；冷卻即為復(fù)合材料；6、鋁基鉛及鉛合金復(fù)合材料經(jīng)外形加工成陽(yáng)極板面其中a、棒材校直后彎曲成Φ6 Φ30πιπι規(guī)格；b、帶材校直后剪切組裝成規(guī)格為厚度6 15mm、寬30 IOOOmm ；7、導(dǎo)電梁用純鉛與銅排澆鑄而成，澆鑄溫度480 500°C。
8、陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)物理擠壓將鋁基包覆入鉛及鉛合金電極材料中減少了鉛及鉛合金使用量可顯著降低生產(chǎn)成本，具備了鋁基密度小，機(jī)械強(qiáng)度高的特性，同時(shí)保持了鉛及鉛合金電極的優(yōu)點(diǎn)。由于導(dǎo)電性能的提高和有效導(dǎo)電面積的增大?？蓽p小材料電阻降低自身電壓降達(dá)到降低電解槽電壓減小電積電流密度，在電積過(guò)程中達(dá)到提高電流效率降低低能耗的目的。此外還可減少電解槽產(chǎn)生的熱量，簡(jiǎn)化電解后液體的冷卻工序。


圖I鋁基鉛及鉛合金復(fù)合棒材陽(yáng)極；圖2鋁基鉛及鉛合金復(fù)合棒材陽(yáng)極板面；圖3鋁基鉛及鉛合金復(fù)合帶材陽(yáng)極；
圖4鋁基鉛及鉛合金復(fù)合帶材陽(yáng)極板面。圖中1、銅排，2、導(dǎo)電梁包鉛層，3、鋁基鉛及鉛合金板面復(fù)合陽(yáng)極板面。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例II、澆鑄純鉛成Φ7. Omm棒材。2、取Φ6. Omm純鋁棒在表面加工長(zhǎng)度方向線狀燕尾槽6條，燕尾槽上寬O. 8mm，下寬 I. 2mm,深 O. 5mm。3、加工好燕尾槽的鋁棒表面磨粗拉毛處理，毛刺長(zhǎng)小于O. 3mm。4、將加工好的鋁棒和鉛棒同時(shí)送入包覆機(jī)在包覆機(jī)進(jìn)料線上進(jìn)行包覆，包覆的純鉛層厚2mm。5、包覆完立即進(jìn)行增表處理，花紋為圓弧凸凹狀或者鋸齒狀花紋，花紋深度
0.5mm,花紋半徑O. 5mm,進(jìn)行風(fēng)冷獲得Φ IOmm招基鉛復(fù)合材料棒材。6、將Φ IOmm鋁基鉛復(fù)合材料棒材，校直后彎曲成1000 X 800 X IOmm陽(yáng)極板面，如圖2所示，相鄰2根棒材距離5mm。7、用純鉛與銅排在480 500°C溫度下澆鑄成導(dǎo)電梁。8、陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成如圖I所示的陽(yáng)極。實(shí)施例2I、按AgO. 8%比例配制鉛合金燒鑄成Φ9. 5m棒材。2、取Φ20. Omm電工鋁棒材(型號(hào)6201)在表面加工長(zhǎng)度方向線狀燕尾槽16條，燕尾槽上寬I. 5謹(jǐn),下寬2謹(jǐn),深2. Ctam。3、加工好燕尾槽的鋁棒表面磨粗拉毛處理，毛刺長(zhǎng)小于O. 5mm。4、將加工好的鋁棒和鉛銀合金棒送入包覆機(jī)在包覆機(jī)進(jìn)料線上進(jìn)行包覆，鉛銀合金層厚5mmο5、包覆完立即進(jìn)行增表處理，花紋為圓弧凸凹狀或者鋸齒狀花紋，花紋深度
1.5mm,花紋半徑Imm,進(jìn)行風(fēng)冷獲得招基鉛復(fù)合材料。6、鋁基鉛及鉛合金復(fù)合材料棒材(Φ30πιπι)校直后彎曲成1000 X 800 X 30mm陽(yáng)極板面，如圖2所示，相鄰2根棒材距離15mm。
7、用純鉛與銅排在480 500°C溫度下澆鑄成導(dǎo)電梁。8、陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極，如圖I所示。實(shí)施例3I、按SnO. 6%比例配制鉛合金燒鑄成Φ 10. Omm棒材。
2、取3X46mm純鋁鋁帶在表面加工長(zhǎng)度方向線狀燕尾槽若干條，燕尾槽上寬
I.5mm,下寬 2mm,深 O. 5mm。3、加工好燕尾槽的鋁帶表面磨粗拉毛處理，毛刺長(zhǎng)小于O. 5mm。5、將加工好的鋁帶、鉛錫合金棒送入包覆機(jī)在包覆機(jī)進(jìn)料線上進(jìn)行包覆，鉛錫合金層厚I. 5mm。5、包覆完立即進(jìn)行增表處理，花紋為圓弧凸凹狀或者鋸齒狀花紋，花紋深度
0.5mm，花紋半徑O. 5mm，進(jìn)行風(fēng)冷獲得鋁基鉛復(fù)合材料。6、鋁基鉛及鉛合金復(fù)合材料帶材出X 49mm)校直后剪切(剪切長(zhǎng)度為1000mm)，組裝成1000 X 800 X 6mm陽(yáng)極板面,如圖4所示,相鄰2根帶材距離5mm。7、用純鉛與銅排在480 500°C溫度下澆鑄成導(dǎo)電梁。8、陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極，如圖3所示。實(shí)施例4I、按SnO. 6%比例配制鉛合金燒鑄成Φ20. Omm棒材。2、取5x1000mm純鋁鋁帶在表面加工長(zhǎng)度方向線狀燕尾槽若干條，燕尾槽上寬3mm,下寬 5mm,深 I. 5mm。3、加工好燕尾槽的鋁帶表面磨粗拉毛處理，毛刺長(zhǎng)小于O. 5mm。6、將加工好的鋁帶、鉛錫合金棒送入包覆機(jī)在包覆機(jī)進(jìn)料線上進(jìn)行包覆，鉛錫合金層厚5mmο5、包覆完立即進(jìn)行增表處理，花紋為圓弧凸凹狀或者鋸齒狀花紋，花紋深度
1.5mm,花紋半徑5mm,進(jìn)行風(fēng)冷獲得招基鉛復(fù)合材料。6、鋁基鉛及鉛合金復(fù)合材料帶材(15X1010mm)校直后剪切(剪切長(zhǎng)度為1000mm),組裝成1000X 1010X 15mm陽(yáng)極板面,如圖4所示,相鄰2根帶材距離15_。7、用純鉛與銅排在480 500°C溫度下澆鑄成導(dǎo)電梁。8、陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極，其特征是鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極的材芯為鋁基材料，材芯表面粗糙帶毛刺開(kāi)有若干條沿鋁基材料長(zhǎng)度方向的線狀燕尾槽，鋁基材料外包覆有包覆材料層即為復(fù)合材料，復(fù)合材料外表面經(jīng)增表處理再經(jīng)外形加工成陽(yáng)極板面，陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極；所述的導(dǎo)電梁由純鉛與銅排澆鑄。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極，其特征是所述純鉛與銅排澆鑄成導(dǎo)電梁時(shí)，澆鑄溫度480 500 C，銅排材質(zhì)為T2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極，其特征是所述的鋁基材料為Φ3 Φ20 mm的棒材或厚度2 5mm、寬30 IOOOmm帶材，材質(zhì)為純鋁或鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極，其特征是所述的包覆材料層為按鉛合金各組元比例配制澆鑄成Φ7 Φ20 mm的棒材，包覆材料層厚I. 5 5 mm ;材質(zhì)為純鉛或鉛合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極，其特征是所述的陽(yáng)極板面是鋁基鉛合金復(fù)合材料，分為棒材和帶材；其中a、棒材規(guī)格為Φ6 Φ30ιμ，彎曲后剪切端頭而成，相鄰2根棒材距離5 15 mm，表面積相對(duì)同尺寸光滑板表面積增大I I. 5倍；b、帶材剪切成規(guī)格為厚度6 15mm、寬30 1000mm，相鄰2根帶材距離5 15 mm，表面積相對(duì)同尺寸光滑板表面積增大I I. 5倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極，其特征是所述的鋁基材料表面粗糙帶毛刺，毛刺長(zhǎng)小于O. 5 mm,開(kāi)有若干條線狀燕尾槽，燕尾槽上寬O. 5 3. O mm，下寬.O.75 5. O mm，深 O. 5 2. O mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極，其特征是所述的復(fù)合材料成品外表面增表處理為圓弧凸凹狀或者鋸齒狀花紋，花紋深度O. 2 I. 5 mm，花紋圓弧半徑.O.5 ~ 5 mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極的制備方法，其特征是工藝步驟如下 (O按鉛或鉛合金各組元比例配制燒鑄成鉛合金棒材； (2)在鋁基材料棒材表面加工若干條沿長(zhǎng)度方向的線狀燕尾槽； (3)加工好燕尾槽的鋁基材料棒材表面拉毛處理； (4)鋁基材料和鉛或鉛合金棒材送入包覆設(shè)備進(jìn)行包覆鉛或鉛合金包覆材料層； (5)包覆完后在包覆材料層表面立即進(jìn)行增表處理得到圓弧凸凹狀或鋸齒狀花紋；冷卻即為復(fù)合材料； (6)鋁基鉛及鉛合金復(fù)合材料經(jīng)外形加工成陽(yáng)極板面，陽(yáng)極板面有棒材和帶材；其中a、棒材校直后彎曲成規(guī)格為Φ6 Φ30 mm ;b、帶材校直后剪切組裝成規(guī)格為厚度6 15mm、寬 30 1000mm ； (7)用純鉛與銅排澆鑄導(dǎo)電梁，澆鑄溫度480 500C； (8)陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極。
全文摘要
一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽(yáng)極制備方法，工藝步驟按鉛或鉛合金各組元比例配制澆鑄成鉛合金棒材；在鋁基材料棒材表面加工若干條沿長(zhǎng)度方向的線狀燕尾槽；加工好燕尾槽的鋁基材料棒材表面拉毛處理；鋁基材料和鉛或鉛合金棒材送入包覆設(shè)備進(jìn)行包覆鉛或鉛合金包覆材料層；包覆完后在包覆材料層表面立即進(jìn)行增表處理得到圓弧凸凹狀或鋸齒狀花紋；冷卻即為復(fù)合材料；復(fù)合材料外表面經(jīng)增表處理再經(jīng)外形加工成陽(yáng)極板面，由純鉛與銅排澆鑄的導(dǎo)電梁，陽(yáng)極板面和導(dǎo)電梁通過(guò)乙炔焰焊接成陽(yáng)極。應(yīng)用于有色金屬電積過(guò)程可顯著提高陽(yáng)極板的導(dǎo)電性能，提高有色金屬電積過(guò)程的電流效率，顯著降低電積過(guò)程的能耗。
文檔編號(hào)C25C7/02GK102626776SQ201210084089
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者朱盤龍, 郭忠誠(chéng) 申請(qǐng)人:昆明理工恒達(dá)科技有限公司