专利名称：电解二氧化锰用钛合金阳极材料及用此材料制造的钛合金阳极的制作方法
技术领域：
本发明属于电解二氧化锰生产技术领域，具体涉及一种电解二氧化锰用钛合金阳 极材料及用此材料制造的钛合金阳极。
背景技术：
电解二氧化锰是生产高性能干电池不可缺少的重要原料。由于纯钛在电解二氧 化锰时所具有的耐蚀性，用纯钛制作的钛阳极在电解二氧化锰生产中得到了大量的应用， 但纯钛阳极易产生钝化现象，且钝化膜不断增厚，导电性能迅速下降，电解过程无法继续进 行。为了克服纯钛阳极易产生钝化的缺陷，有人提出在纯钛金属表面喷涂贵金属以改善其 抗钝化效果，但涂层易脱落，使用寿命短，加工成本高，实用价值不高。钛锰合金制作的阳极 虽然提高了抗钝化效果，降低了电耗，但由于该材料塑性差，无法加工成板材，且由于电解 二氧化锰生产过程中需要一定强度的敲击，即使加工成棒材也极易脆断，因此难以在电解 二氧化锰生产中得到大量的应用。
发明内容
本发明解决的技术问题提供一种电解二氧化锰用钛合金阳极材料及用此材料制 造的钛合金阳极，以克服纯钛阳极及钛锰合金阳极存在的缺陷，满足电解二氧化锰生产的需求。本发明的技术解决方案电解二氧化锰生产中要求阳极材料耐蚀性能好，具有较 好的化学稳定性；导电性能强，阳极不易钝化；机械强度高，易成型；电解时产品附着牢固， 剥离时易脱落；成本低。本发明通过在纯Ti中添加少量M元素和狗元素制备成Ti-Ni-Fe 合金，在提高合金抗钝化性能的同时又不降低其耐蚀性，同时具备足够的强度和韧性和优 良的机械加工性能，使之加工成波纹状板材。且采用所述Ti-Ni-狗合金制作的阳极板在电 流密度较大时也不易产生钝化现象，提高了生产效率，减小了能耗，降低了成本。镍的标准电位比钛正，作为活性元素加入，使固溶体的晶格常数变小，使得氧扩 散和渗透过程变缓，阻碍不导电层的生长，Ti2Ni表层不生长钝化膜，又是面心立方结构，具 有高电导率。本发明通过添加合金元素镍，析出大量弥散细小的Ti2M粒子，能通过很大的 电流密度而不生成钝化膜，提高了合金的抗钝化性。另外，Ti2M相的化学性质十分稳定，它 在高温稀硫酸中腐蚀电位高于纯钛，使合金的稳定性增强，提高了合金的耐蚀性。Ti2M的 大量弥散析出可显著提高抗钝化性和耐蚀性。铁元素添加后，与钛形成β型固溶体，在电解过程中作阳极时，表面上的铁与氧 气结合生成氧化铁，由于生成多孔性疏松结构的氧化铁代替了结构致密的氧化钛，使钛表 面上致密的氧化层破坏，钛合金氧化膜自行溶解。铁的添加，能够显著地提高合金的抗钝化 性能，降低电解时槽电压，提高电解时的电流密度。当铁含量增多，会导致合金的脆性增加， 韧性下降，降低合金的加工性能；在熔炼铸锭时，铁的添加量不宜多。
本发明由下述成份组成(重量百分比)Ni 0.5-5.0，Fe 0. 2-1.0, N < 0.01, H < 0. 001,0 < 0. 06，余量为Ti及不可避免的杂质。较佳的成份组成(重量百分比)=Ni1. 0-2. 5，Fe 0. 3-0. 6，N < 0. 01，H < 0. 001， 0 < 0. 06，余量为Ti及不可避免的杂质。最佳的成份组成(重量百分比)=Ni1. 2-2. 2，Fe 0. 4-0. 5，N < 0. 01，H < 0. 001， 0 < 0. 06，余量为Ti及不可避免的杂质。采用上述材料制造的电解二氧化锰用钛合金阳极，具有钛合金阳极板(11)和导 电梁(12)。所述导电梁(12)由导电梁罩壳(3)、钛铜导电梁⑶及加重梁(9)组成，钛铜 导电梁⑶及加重梁(9)均位于导电梁罩壳(3)内，且钛铜导电梁⑶位于加重梁(9)的 下方；导电梁罩壳C3)外套装有卡箍( 及吊钩(6)，吊杆O)的上端分别固定连接在卡箍 (5)及吊钩(6)的下端，吊杆⑵的下端分别固定连接在钛合金阳极板(11)的上端，且卡箍 (5)位于两个吊钩(6)之间。所述钛合金阳极板(11)由下连接筋板(10)、钛合金波纹板(1 及上连接筋板 (1)构成，钛合金波纹板(1 的两面具有相互对称的纵向波纹，下连接筋板(10)固定在钛 合金波纹板(1 的下端，上连接筋板(1)固定在钛合金波纹板(1 的上端，吊杆O)的 下端分别固定连接在上连接筋板(1)的上端面。所述导电梁罩壳(3)为矩形钛罩壳，加重梁(9)为矩形钢粱，钛铜导电梁⑶由矩 形铜芯(14)和包覆矩形铜芯(14)的矩形钛壳体(7)构成，且矩形钛壳体(7)焊接在导电 梁罩壳(3)的内壁上。本发明与现有技术相比具有的优点和效果1、本发明所述阳极材料耐蚀性能好，具有较好的化学稳定性，抗钝化性好，且导电 性能强，机械强度高，易成型，成本低。2、本发明所述钛合金阳极板不易钝化，且能有效降低电解时槽电压，提高电解时 的电流密度。3、本发明所述钛合金阳极板采用波纹状结构，增加了单位表面积，提高了电流密 度，易实现大规模生产和机械化剥离，电解时产品附着牢固，剥离时易脱落，成本低。4、本发明所述钛合金阳极板的导电梁由钢加重梁和钛铜导电梁组成，不但承载 大，导电性能好，而且加重梁和钛铜导电梁均位于钛罩壳内，抗腐蚀。
图1为本发明的结构主视图，图2为图1的A-A剖视图，图3为本发明的结构右视图，图4为本发明导电梁的结构剖视图。
具体实施例方式下面结合附图1、2、3、4描述本发明的一种实施例。实施例1 电解二氧化锰用钛合金阳极材料由下述重量百分比的成份组成Ni 1. 3，Fe 0. 45，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量为 Ti 及不可避免的杂质。
制备工艺按上述钛合金成份组成配比原料，并将原料混合后压制成自耗电极，将 自耗电极在真空电弧炉中熔炼成钛合金铸锭，再采用冷轧退火工艺轧制成厚度δ 1. 3mm的 钛合金板材备用。将备用的钛合金板材模压制成两面具有相互对称的纵向波纹的钛合金 波纹板。实施例2 电解二氧化锰用钛合金阳极材料由下述重量百分比的成份组成Ni
1.8，Fe 0. 5，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量为 Ti 及不可避免的杂质。制备工艺与实施例1相同。实施例3 电解二氧化锰用钛合金阳极材料由下述重量百分比的成份组成Ni
2.3，Fe 0. 6，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量为 Ti 及不可避免的杂质。制备工艺与实施例1相同。实施例4 电解二氧化锰用钛合金阳极材料由下述重量百分比的成份组成Ni 1. 0，Fe 0. 3，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量为 Ti 及不可避免的杂质。制备工艺与实施例1相同。实施例5 电解二氧化锰用钛合金阳极材料由下述重量百分比的成份组成Ni
3.5，Fe 0. 75，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量为 Ti 及不可避免的杂质。制备工艺与实施例1相同。实施例6 电解二氧化锰用钛合金阳极材料由下述重量百分比的成份组成Ni
4.3，Fe 0. 9，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量为 Ti 及不可避免的杂质。制备工艺与实施例1相同。所述钛合金板材的维氏硬度HV5/30S为
锭号试验1试验2试验3实施例1178204193实施例2158158158实施例3164165166实施例4181199190实施例5159156157实施例6165167168所述钛合金板材的室温拉伸性能为
锭号纵向横向Rm(MPa)Rp (MPa)A50%Rm(MPa)Rp (MPa)A50%实施例153036518.053043017. 0实施例249532514.049538514. 5实施例351030015.054542018. 0实施例452035017. 052042516. 0实施例550033016. 050539515. 0实施例651535517.052541017. 5 采用上述材料制造的电解二氧化锰用钛合金阳极具有钛合金阳极板11和导电梁 12，所述导电梁12由矩形钛导电梁罩壳3、矩形钛铜导电梁8及矩形钢加重梁9组成，矩形钛铜导电梁8及矩形钢加重梁9均位于矩形钛导电梁罩壳3内，且矩形钛铜导电梁8位于 矩形钢加重梁9的下方；矩形钛铜导电梁8由矩形铜芯14和包覆矩形铜芯14的矩形钛壳 体7构成，且矩形钛壳体7焊接在矩形钛导电梁罩壳3的内壁上。矩形钛导电梁罩壳3外 套装有钛卡箍5及钛吊钩6，钛吊杆2的上端分别固定连接在三个钛卡箍5及两个钛吊钩6 的下端，且钛吊杆2上端与钛吊钩6下端的连接处通过三角形钛筋板4加固。所述钛合金 阳极板11由下连接筋板10、钛合金波纹板13及上连接筋板1构成，钛合金波纹板13的两 面具有相互对称的纵向波纹，下连接筋板10固定在钛合金波纹板13的下端，上连接筋板1 固定在钛合金波纹板13的上端，钛吊杆2的下端分别固定连接在上连接筋板1的上端面， 且钛卡箍5位于两个钛吊钩6之间。所述钛合金阳极板的使用方法与纯钛阳极板基本相同。所述钛合金阳极板在常规工业条件下采用60A/m2电流密度电解二氧化锰，槽电压 可稳定在2. 5-2. 7V以内。采用80A/m2电流密度电解二氧化锰，槽电压可稳定在2. 6-2. 8V 以内。采用120A/m2电流密度电解二氧化锰，槽电压可稳定在2. 7-3. OV以内。
权利要求
1.一种电解二氧化锰用钛合金阳极材料，其特征是所述材料由下述重量百分比的成份 组成:Ni 0. 5-5. 0，Fe 0. 2-1. 0，N < 0. 01，H < 0. 001，0 < 0. 06，余量为 Ti 及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的电解二氧化锰用钛合金阳极材料，其特征是所述材料由下述 重量百分比的成份组成Ni 1.0-2. 5，Fe 0. 3-0. 6，N < 0. 01，H < 0. 001，0 < 0. 06，余量为 Ti及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的电解二氧化锰用钛合金阳极材料，其特征是所述材料由下述 重量百分比的成份组成Ni 1.2-2. 2，Fe 0. 4-0. 5，N < 0. 01，H < 0. 001，0 < 0. 06，余量为 Ti及不可避免的杂质。
4.一种电解二氧化锰用钛合金阳极，具有钛合金阳极板(11)和导电梁(12)，其特征 是所述导电梁(1 由导电梁罩壳(3)、钛铜导电梁⑶及加重梁(9)组成，钛铜导电梁 ⑶及加重梁(9)均位于导电梁罩壳(3)内，且钛铜导电梁⑶位于加重梁(9)的下方；导 电梁罩壳⑶外套装有卡箍(5)及吊钩(6)，吊杆⑵的上端分别固定连接在卡箍(5)及吊 钩(6)的下端，吊杆O)的下端分别固定连接在钛合金阳极板(11)的上端，且卡箍(5)位 于两个吊钩(6)之间。
5.根据权利要求4所述的电解二氧化锰用钛合金阳极，其特征是所述钛合金阳极板 (11)由下连接筋板(10)、钛合金波纹板(1 及上连接筋板(1)构成，钛合金波纹板(13) 的两面具有相互对称的纵向波纹，下连接筋板(10)固定在钛合金波纹板(1 的下端，上连 接筋板(1)固定在钛合金波纹板(1 的上端，吊杆( 的下端分别固定连接在上连接筋板 (1)的上端面。
6.根据权利要求4或5所述的电解二氧化锰用钛合金阳极，其特征是所述导电梁罩 壳(3)为矩形钛罩壳，加重梁(9)为矩形钢粱，钛铜导电梁(8)由矩形铜芯(14)和包覆矩 形铜芯(14)的矩形钛壳体(7)构成，且矩形钛壳体(7)焊接在导电梁罩壳(3)的内壁上。
全文摘要
一种电解二氧化锰用钛合金阳极材料，由下述重量百分比的成份组成Ni 0.5-5.0，Fe 0.2-1.0，N＜0.01，H＜0.001，0＜0.06，余量为Ti及不可避免的杂质。用此材料制造的钛合金阳极由钛合金阳极板和导电梁构成，所述导电梁由导电梁罩壳、钛铜导电梁及加重梁组成，钛铜导电梁及加重梁均位于导电梁罩壳内，且钛铜导电梁位于加重梁的下方；导电梁罩壳外套装有卡箍及吊钩，吊杆的上端分别固定连接在卡箍及吊钩的下方，吊杆的下端分别固定连接在钛合金阳极板的上端，且卡箍位于两个吊钩之间。本发明所述阳极材料耐蚀性能好，具有较好的化学稳定性，抗钝化性好，且导电性能强，机械强度高，易成型，成本低。本发明所述钛合金阳极板不易钝化，且能有效降低电解时槽电压，提高电解时的电流密度。
文档编号C25B11/02GK102094137SQ201110058020
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者刘红, 和平志, 孟觉明, 宋文君, 董长升, 郭建华 申请人:宝钛特种金属有限公司