一种基于辊锻的金属纤维加工设备及加工方法与流程

本发明涉及金属纤维加工领域，特别涉及用于制成燃料电池中金属气体扩散层的金属纤维的加工方法及加工设备。

背景技术：

1、近年来用电负载的功率及能耗也在不断地增加。然而，一般使用锂离子电池作为这些类型的移动电子设备的能源能量密度的增加接近理论极限。因此，为了给用电负载提供更长地连续使用时间，期望通过使用更大能量密度的燃料电池代替锂离子电池作为用电负载的能源，相当地改进用电负载的连续使用时间。

2、公知技术中，燃料电池配有燃料电极和氧化剂电极(此后简称为“催化剂电极”)以及它们之间的电解质，燃料供应给燃料电极，氧化剂供应给氧化剂电极，从而经化学反应生产出电能。虽然一般使用氢作为燃料，但是近年来使用便宜、容易处理的甲醇作为源材料，在积极地开发燃料电池例如重整甲醇生产氢的甲醇重整型燃料电池、或直接使用甲醇作燃料的直接型燃料电池。同时，用具有较低电阻率的孔隙更少的金属气体扩散层代替碳形成的气体扩散层，已经开发出了发电效率改善的燃料电池的电池。在这种情况中，提出了两种类型的电池结构。一种结构使用用于气体扩散层的泡沫金属代替多孔碳，并且使用类似普通电池的块金属制成的功率收集电极，但是结构复杂性仍然存在。另一种结构使用多孔金属材料例如泡沫镍作为气体扩散层和功率收集部件，在这种情况中，通过发挥气体扩散层和功率收集部件的组合功能，得到电池的厚度降低和微型化。但是，在这种情况中，必须在催化剂层和功率收集部件层之间配置碳层作为防腐层。因此，在这种情况中也仍然存在结构复杂性。

3、一种新的技术趋势是，使用具有多孔结构的金属纤维片的燃料电池，金属纤维片中包含金属例如不锈钢(sus)的纤维，例如，燃料电池用电极由薄板金属和金属纤维片构成。对于薄板金属来说，主要成分为fe和cr，具备矩形形状的环状图形(框架结构图形)和分隔其内侧的十字形状的桥部。此外，设置有未配置环状图形和桥部并且金属纤维片露出的四个位置的矩形形状的开口部。对于金属纤维片来说，是将与薄板金属相同的材质的原料作成线径40μm的纤维、并将其成型为薄板状的纤维材质多孔材质。构成金属纤维片和薄板金属的材质优选为fecrsi合金，也可以使用不锈钢或ni-cr合金。而且，也能够使金属纤维片和薄板金属为不同的材质，但是优选为能够烧结的组合，从而加工成燃料电池用电极。

4、对于金属纤维的加工，厦门大学硕士学位论文“切削纤维多孔流场结构加工及在质子交换膜燃料电池中的应用研究”，李双利，“1.3金属纤维的加工方法”一章节中，对现有技术中的金属纤维加工方式进行了技术综述。如，熔抽法、拉拔法、切削法、化学加工方法等。

5、集束拉拔法生产金属纤维是采用将金属丝材复合组装。多次多股拉拔、热处理等一整套特殊工艺制成，每股成千上万根，纤维直径可达l～2um，强度高达l 200-1800mpa，延伸率大于1％，世界上只有美国、比利时、日本、中国等少数国家可以生产。但集束拉拔技术对生产设备要求非常高，一般的企业难以负担设备成本，另外，集束拉拔法生产出金属纤维是成束的极细纤维丝，很难将金属纤维分离开。

6、熔抽法包括现在的坩埚熔融抽丝加工法，悬滴熔融抽拉加工法等，中国发明专利cn1751406a燃料电池用的电极和使用它的燃料电池中给出一种具体的熔抽法加工金属纤维的设备及加工方法，生产金属纤维的设备的配置包括具有能密封的膛腔的设备主体、附到设备主体上的原料供应机构和纤维回收部分等。圆柱形支架、高频感应线圈、冷却器和圆盘等配置在组成设备主体的机架的膛腔的内部。支架起支撑基本上垂直地支撑棒形金属源材料的材料的措施的作用。高频感应线圈充当通过熔融金属源材料的上端部分形成熔融金属的加热措施。例如水冷却夹套等用于冷却器。另外，配置圆盘，驱动它围绕水平方向向外延伸的轴沿一定的方向箭头r表示的方向)旋转。但是这种加工设备有以下缺点：一、能耗大，直棒形和圆截面的金属原材料是一个钢锭，因为其截面是圆型截面，所以必须要维持较大的直径才能满足圆盘的切割加工，不能连续生产也是其钢锭较大的一个原因，在实际生产中，要尽量加大钢锭尺寸来满足长时间加工的需要，维持大的钢锭处于熔融状态将消耗额外的能量；二、浪费金属原材料，为了金属原材料钢锭在加工中消除震颤，其使用了支架来承载钢锭，但插入到支架内的钢锭部分无法被圆盘切割，这部分材料要么被再次加工，要么被浪费，但生产成本都将无意义的提升；三、不能连续生产，每次更换钢锭时，都会坏破密闭的惰性气体环境，之后重新抽真空再建立密封气体环境，这种中断会大大降低生产效率。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种基于辊锻的金属纤维加工设备，包括：

3、辊锻部，其能够将金属原材料通过辊锻加工形成具有矩形截面的线性材料；

4、熔抽部，其具有气密性的加工环境腔，加热设备位于加工环境腔内能够将线性材料加热并维持在熔融状态，圆盘在高速旋转的状态下利用轮边缘沿矩形截面的长轴方向在线性材料表面切出金属纤维，金属纤维从出料通道排出；

5、材料供应部，其能够将线性材料从加工环境腔外侧向内连续供应到加热设备处并被圆盘切割。

6、在有益效果上：

7、第一、由于使用了辊锻后的具有矩形截面的线性材料，只需要满足圆盘在加工切除金属方向的材料尺寸即可，因此在熔抽工艺时需要加热的截面尺寸大幅度减少，需要维持线性材料上端处于熔融状态的电能也大大减少。

8、第二、线性材料能够被连续供应，不需要停机就可以将线性材料连续从加工环境腔外侧向内供应到加热设备处并被圆盘切割。

9、优选的，辊锻部还具有四个扎辊，该四个扎辊对应加工线性材料矩形截面的四个平面。使用四个扎辊可以稳定的生产出满足尺寸要求的具有矩形截面的线性材料。

10、优选的，熔抽部还包括：温度检测仪，其能够获取熔融状态线性材料的温度；加热设备包括高频感应线圈和高频发射器，高频发射器根据温度检测仪获取的温度来控制高频感应线圈温度，从而对高频感应线圈进行实时控制、调节和监控。

11、优选的，材料供应部还包括：定组件，其固定在熔抽部上并具有靠轮；动组件，其具有驱动轮；其中，动组件具有与定组件传动配合的第一位置，在该位置时驱动轮与靠轮共同夹持线性材料，并通过驱动轮的转动将线性材料从加工环境腔外侧向内供应向加热设备；动组件具有与定组件还具有驱动轮与靠轮分离的第二位置。由于利用驱动轮与线性材料之间的摩擦力来驱动线性材料向上供应，使连续供料上料成为可能；还有一个相对于现有技术的优势就是便于移除线性材料并对材料供应部进行维修。动组件具有与定组件传动配合的第一位置，驱动轮与靠轮相对应，其处于工作状态；但当需要移除线性材料时，可以将动组件整体移动，让驱动轮离开靠轮并提供维修的操作空间。

12、优选的，定组件还包括：上固定板，其位于定组件的上侧，上固定板设有出料管，出料管延伸进入加工环境腔至加热设备处；下固定板，其位于定组件的下侧，下固定板设有进料管；其中，驱动轮和靠轮位于进料管和出料管之间；出料管靠近靠轮的一端设有密封环；能够通过向进料管插入线性材料的方式上料。当一根线性材料长度短到不足以被材料供应部驱动时，通过向材料供应部插入另一根线性材料从而保证加工的连续性。这种上料的方式与现有技术明显的不同，现有技术只能是停机更换钢锭，而且过程中整个加工环境腔的气密性被破坏，大大降低了生产的连续性。而本实施例中，将另一根线性材料插入到进料管，并将之前的线性材料继续向上推，当前一根线性材料耗尽时，后面的线性材料立刻可以参与熔抽加工中。

13、优选的，动组件还包括：上活动板，其位于动组件上侧；上锁定机构，其包括摆动臂，摆动臂的一端可转动的固定在上固定板，摆动臂的另一端设有轴套，轴套可以择一卡入上固定板边缘的第一凹槽或第二凹槽内，对应动组件的第一位置和第二位置；还包括第一锁紧臂与第二锁紧臂，用于分别将摆动臂限位在第一位置和第二位置上；下锁定机构，其结构与上锁定机构相同，连接在下活动板和下固定板上。摆动臂是对动组件位置状态的选择机构，其带动动组件左右转动使动组件在第一位置和第二位置中切换。轴套是一个重要的辅助运动部件，其可以在动组件摆动转动时提供转动式的导向，并在第一凹槽或者第二凹槽处提供固定式的定位，提高可操作性。

14、本发明还提供一种基于辊锻的金属纤维加工方法，包括：

15、s1.将金属原材料通过辊锻加工形成具有矩形截面的线性材料线性材料；

16、s2.将线性材料从加工环境腔外侧向内持续的供应到加热设备处；

17、s3.在惰性气体保护下，线性材料被加热到熔融状态，并被圆盘的轮边缘沿矩形截面的长轴方向切割加工形成金属纤维；

18、s4.当一根线性材料长度短到不足以被材料供应部驱动时，通过向材料供应部插入另一根线性材料从而保证加工的连续性。

19、优选的，在s4中，有n条线性材料被同时供应到材料供应部，当一条线性材料长度短到不足以被材料供应部驱动时，在不停机的状态下，通过向材料供应部插入新一根线性材料来接续这条长度不足的线性材料，来保证加工的连续性。

20、本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。