一种钛合金、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合金材料的技术领域，特别涉及一种钛合金、制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 钛是一种结构优质、功能新颖且可作为重要生物医用材料的轻金属，其具有低密 度、高强度、耐腐蚀、无磁性、无毒性、工作区宽、加工成形较好等诸多特点。因此，在当前我 国经济迅速发展的背景下，钛及钛合金开始由航天航空和国防军工领域逐渐进入到民用领 域。钛及钛合金对提高耐蚀产品质量、延长设备使用寿命，减少消耗、降低能耗、降低成本、 防止污染、改善劳动条件和提高生产率等方面都有十分重要的意义。
[0003] 随着蚀刻液循环再生铜回收工艺的发展，人们进行了阴极电极材料的诸多研究， 主要有石墨、铜片、不锈钢板、工业纯钛板四种材料，但都存在以下缺陷：（1)石墨机械性能 稍差、易磨损，在一定条件下易氧化损耗，而且石墨等碳材料的析氢过电位较低，电解时容 易析出氢气；（2)铜片长时间在较高温度的酸性电解液中较容易被腐蚀，能耗大，电沉积效 率低，成本高；（3)不锈钢板做阴极，在停止通电时，电极在溶液/空气界面上容易被蚀刻， 使用了一段时间后会出现板面生锈，导致沉积的铜产物剥离困难，影响极板的二次使用，使 用寿命短；（4)工业纯钛板的力学性能和化学性能与不锈钢板相似。但与钛合金相比其强 度不高，耐热性较低，并且产物铜与钛板结合太紧密，在使用过一段时间后剥离非常困难， 使用寿命不长。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种耐腐蚀的钛合金，以解决 现有纯钛板在蚀刻液再生铜工艺中出现腐蚀且再生铜不易剥离钛板的技术问题。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种上述钛合金的制备方法。
[0006] 本发明的又一目的是提供一种在蚀刻液再生铜工艺中耐腐蚀且铜易剥离的钛合 金阴极。
[0007] 本发明的再一目的是提供一种钛合金阴极在蚀刻液再生领域的应用。
[0008] 为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
[0009] 一种钛合金，按照重量百分比包括：钛96~98% ;钥0. 1~0. 5% ;铁0. 4~1% ;锡 1~3%以及，一种钛合金的制备方法，包括如下步骤：
[0010] 根据所述钛合金中的所述钛、钥、锡、铁的百分比，称取钛单质、钥单质、铁单质、锡 单质，并在保护气氛中进行熔炼处理，形成熔体；
[0011] 对所述熔体进行退火处理，得到所述钛合金。
[0012] 以及，一种由上述的钛合金或由上述的钛合金的制备方法获得的钛合金制备的钛 合金阴极。
[0013] 以及，上述钛合金阴极在蚀刻液再生领域的应用。
[0014] 本发明的钛合金通过以钛元素为基体组分，并在其中掺杂特定含量的钥、锡和铁， 从而对高强度且耐腐蚀的纯钛进行改性。该特定含量的钥和锡有利于增强钛合金的抗蚀 性，而掺杂特定含量的铁，可提高该合金的导电性能。且该钛合金强度比纯钛更高、耐热性 良好，尤其是在蚀刻液再生铜工艺中耐氯化腐蚀，抗氧化性能优异，使得该钛合金在做为阴 极材料时阴极表面沉积的铜易剥离。
[0015] 上述钛合金的制备方法只需将上述钛合金的各组分熔炼和退火处理，其工艺简 单，效率高，适于工业化应用。
[0016] 本发明的钛合金阴极由上述抗蚀性好、耐热且强度高的钛合金制备而来，使得该 钛合金阴极在蚀刻液再生铜工艺中可循环利用，使用寿命长，且能耐氯化电解液的腐蚀，从 而有效解决了沉积在钛板上的铜不易剥离的问题。
[0017] 上述钛合金阴极在蚀刻液再生领域应用，可从废蚀刻液中获得镀铜，不仅提高铜 的利用率，且降低了能耗，同时镀铜易与阴极剥离，进一步保证了钛合金阴极的使用寿命。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0019] 本发明实施例提供一种耐腐蚀的的钛合金。该钛合金按照重量百分比包括：钛 96 ~98% ;钥 0· 1 ~0· 5% ;铁 0· 4 ~1% ;锡 1 ~3%。
[0020] 上述钛合金以钛元素为基体组分，利用钛的强化学性能和力学性能保证钛合金的 综合性能。但是纯钛的强度不高，且耐热性较低，在作为蚀刻液再生的阴极材料时不耐热， 纯钛易被酸性蚀刻液腐蚀掉，导致钛被损耗掉，也就无法实现再生铜的目的。由此，本发明 实施例在钛金属中掺杂特定含量的钥、铁和锡，进而解决上述问题。具体地，上述钛金属中， 添加特定含量的钥和锡，钥为体心立方晶胞构型，锡为正方晶系的晶体结构，由钥和锡掺杂 的晶体结构稳定，其在非氧化性酸中生成难溶和保护性能良好的腐蚀产物膜，该产物膜的 存在隔离钛与酸或氯化物的直接，不仅保护钛且使得铜沉积在产物膜上，使得铜不再和钛 紧密接触，易于钛板与铜的剥离。而且，钥和锡在钛合金中的性能还受其特定含量的限制， 其中，钥的重量百分比含量为0. 1~0. 5%，这是因为当钥含量低于0. 1%时钛直接会与酸反 应，产生氢化钛，表面变粗糙，而超过0. 5%时，合金的导电性降低，且成本增加；而锡的重量 百分比含量限定为1~3%，当锡的含量低于1%时，其还原作用较弱，不足以促进上述产物膜 的形成，而含量高于3%时，合金的导电性也随之降低，不利于钛合金在作为阴极材料时的 导电性。
[0021] 具体地，上述钛金属中，添加特定含量的铁金属，这是因为铁的金属性强，在酸性 腐蚀液中铁较易与电解液作用，而可保护阴极材料的其它金属。正是铁的这种强还原作用， 导致其导电性能较强，进而改善导电性弱的钛基材料，有利于电解液中铜的析出速率。其 中，上述铁的含量也应加以限定，具体地，该铁的重量含量为0. 4~1%，低于0. 5%，导致铜析 出速率过慢，不仅增大能耗，且铜的回收率降低，不利于生产，而超过1%，铁的大量溶解导致 电流回路的电子浓度增大，钛基也被腐蚀，增大生产成本，更降低钛基的反复使用率。
[0022] 作为优选实施例，上述钛合金按照重量百分比包括：钛96. 5~97. 5% ;钥0. 3~ 0· 4% ;铁 0· 8 ~1% ;锡 L 5 ~2. 5。
[0023] 对钛合金的各组分进一步限定更有利于钛合金的综合性能的提高以及作为阴极 材料时耐腐蚀且易与再生铜剥离。
[0024] 上述钛合金除具有上述决定主要性能的成分外，还不可避免具有其它杂质，例如 间隙元素为碳、氢、氮、氧等。而在高温下，钛与碳、氢、氮、氧等间隙元素的亲和力很强，而 这些元素的侵入将导致钛合金熔体的污染，并对合金的性能造成比较严重的影响，由此为 保证钛合金的质量，本实施例对这四种元素的含量须进行限定，即按照重量百分比包括C : 0. 08、N :0. 03、H :0. 015、0:0. 25,另外，除上述四种元素之外，熔炼形成的钛合金还包括其 他元素，其总和为〇. 4%。
[0025] 具体地，上述0和N在钛合金中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却 使塑性下降，因此，需对其N和0的重量百分含量予以限定，这样避免其含量较低，钛合金增 强效果薄弱；含量高，钛合金作为板材时脆性较大，易断裂。而钛合金中溶解过多的氢会产 生氢化物，使合金不仅变脆且形成麻坑状的氢化钛，不易与沉积的铜剥离，因此本实施例钛 合金的氢重量百分含量控制在〇. 015%以下。另外，含碳量大于0. 08时，会在钛合金中形成 硬质TiC，其硬脆表层深度可达0. 1~0. 15_，显著降低钛合金的机械性能，长时间就需更 换钛合金。
[0026] 上述钛合金通过以综合性能