专利名称：一种钛-铅复合阳极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及金属复合材料及其制备方法，尤其是用于有色金属湿法冶金和电镀等行业的钛-铅复合阳极及其制备方法。
背景技术：
由于铅及铅合金在硫酸、硫酸盐、中性介质及铬酸盐介质中具有良好的耐蚀性，在铜、锌、锰等有色金属湿法冶金、电镀、铅蓄电池及氯碱化工等行业中广泛用作阳极。由于铅较软，在一些对力学性能要求较高的场合需要提高其强度。通过Ca、Sr、Sn、Sb、Ag等合金化是常用方法；另外，通过将铅及铅合金与其它高强金属复合形成复合阳极也是可行途径。钛及钛合金具有质量轻、强度高、耐蚀性高和加工性能好等优异性能，常用作电解、电镀阳极材料。如能将其与铅通过一定方式制成复合材料，将大大提高复合阳极的强度，并仍能保证其良好的耐蚀性。然而，由于钛表面容易形成稳定的氧化膜，大大降低了其与铅之间的润湿性，因此二者之间通过挤压、轧制及铸造等工艺直接复合难以在界面处形成有效的冶金结合，从而造成界面电阻增加；同时由于铅的比重较大，即使与铅形成复合阳极，也容易在长期服役过程中由于自重和槽液的温度和冲刷作用下导致界面开裂，进而大大降低了复合材料的界面导电性，同时发挥钛的强度优势。
发明内容
为了克服铅与钛之间难以形成有效的冶金结合，造成界面导电性差这一问题，以及充分发挥钛的强度优势，本发明提供了一种钛-铅复合阳极及其制备方法，能够有效提高铅与钛之间的冶金结合，从而提高复合材料的强度和界面导电性能。一种钛-铅复合阳极，由钛板、钛-锡-铅过渡层及铅层组成。本发明根据钛和铅在锡中皆有较大的固溶度，采用锡作为过渡层，起到中间媒介作用，从而有效提高铅与钛之间的冶金结合。作为优选，钛板上有螺纹孔，安装钛质螺钉，钛质螺钉将钛板和铅层连接起来，起到紧固和支撑铅层的作用，进一步降低铅层自重和槽液冲刷的不利影响，从而大大提高复合材料的强度和界面导电性能。作为优选，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半，以保证获得可靠的紧固和支撑作用。该钛-铅复合阳极用于有色金属湿法冶金和电镀。本发明提供了钛-铅复合阳极的制备方法，包括下列步骤清洗钛板；通过热浸镀方法在钛板表面制备一层锡；将镀锡钛板固定在铸模中浇入铅液，待其自然冷却后即可获得钛-铅复合阳极。作为优选，清洗钛板步骤为通过喷砂、喷丸、磨床、砂纸或钢丝刷等机械方法去除表面氧化膜；采用丙酮、酒精等有机溶剂去除表面油污；水洗后，在HF及HNCV混合酸溶液中室温浸至发红烟，直至板面光亮为止，以进一步除去钛板表面氧化膜；再次水洗后，在真空干燥箱中干燥处理，尽可能减少重新氧化并防止水分进入锡液中。作为优选，在钛板清洗前先在钛板上加工螺纹孔并安装钛质螺钉，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半。作为优选，在钛板表面热浸镀锡的方法是通过覆盖木炭、云母、磷粉、铈粉或通入氩气等保护条件下在电阻炉中将锡熔化，熔化温度范围400-700°C ；然后将干燥的钛板浸入锡液中，保持3-10分钟，进行热浸镀锡处理；热浸镀结束后取出快速水冷，以尽可能减少锡在空气中氧化。此处钛板浸入锡液中的保持时间为3-10分钟，时间相对普通钢、铜热浸镀锡工艺较长，以获得较厚的锡层。作为优选，锡在电炉中的熔化温度范围为400-700°C。锡的熔点在231.80°C，此处采用远高于锡熔点的温度，是因为即使经过去除氧化膜的清洗操作，但是仍不能完全避免表面重新氧化，较高的锡液温度可以加快锡的热浸镀速度，缩短热浸镀时间。作为优选镶铸铅的步骤是将镀锡钛板固定在铸模中；在电阻炉中熔化铅，熔化温度范围为350-550°C，然后浇入铸模中，待其凝固后取出自然冷却，即可获得钛-铅复合阳极。本发明的技术效果是观察本发明钛-铅复合材料界面处的扫描电镜及能谱照片可知，复合材料界面处结合良好，界面处出现了钛-锡-铅三种元素浓度过渡区，说明此处存在元素之间的相互扩散，因而实现了界面冶金结合。
图1为实施例1的钛-铅复合材料界面处的扫描电镜照片。图2为实施例1的钛-铅复合材料界面处的扫描能谱照片。图3为实施例2的钛-铅复合材料界面处扫描电镜照片。图4为实施例3的钛-铅复合材料界面处扫描电镜照片。图5为实施例4的钛-铅复合材料界面处扫描电镜照片。图6为实施例5的钛-铅复合材料界面处扫描电镜照片。图7为实施例6的钛-铅复合材料界面处扫描电镜照片。
具体实施例方式实施例1，一种钛-铅复合阳极制备方法，步骤为①钛板机械预处理首先在钛板上加工螺纹孔，并安装钛质螺钉，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半，然后采用钢丝刷将钛板表面刷光。②钛板表面清洗采用丙酮去除表面油污，水洗后，浸入30ml/L 60% HF,60ml/L 69% HNO3溶液中发红烟，直至板面露出金属光泽即可，以充分去除钛板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥处理。③热浸镀锡将锡锭置于电阻炉中熔化，并用木炭粉覆盖表面防止氧化。熔化温度为600°C。将清洗干净的钛板直接浸入锡液中并保持5分钟，然后取出并迅速浸入室温水中冷却。
④镶铸铅将镀锡钛板固定在铸铁模中，然后将铅在坩埚中熔化，熔化温度约为450°C，再将铅液浇入铸模中，待其自然冷却后即可获得界面冶金结合良好的钛-铅复合阳极。图1扫描电镜形貌观察表明，复合材料界面处结合良好。图2能谱线扫描表明，界面处出现了钛-锡-铅三种元素浓度过渡层，说明此处存在元素之间的相互扩散，因而实现了界面冶金结合。实施例2，一种钛-铅复合阳极制备方法，步骤为①钛板机械预处理首先采用喷丸处理将钛板表面打光。②钛板表面清洗采用酒精去除表面油污，水洗后，浸入20ml/L 60% HF、40ml/L 69% HNO3溶液中发红烟，直至板面露出金属光泽即可，以充分去除钛板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥处理。③热浸镀锡将锡锭置于电阻炉中熔化，并用云母粉覆盖表面防止氧化。熔化温度为400°C。将清洗干净的钛板直接浸入锡液中并保持10分钟，然后取出并迅速浸入室温水中冷却。④镶铸铅将镀锡钛板固定在铸铁模中，然后将铅在坩埚中熔化，熔化温度约为400°C，再将铅液浇入铸模中，待其自然冷却后即可获得界面冶金结合良好的钛-铅复合阳极。图3扫描电镜形貌观察表明，复合材料界面处结合良好。实施例3，一种钛-铅复合阳极制备方法，步骤为①钛板机械预处理首先在钛板上加工螺纹孔，并安装钛质螺钉，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半，然后采用喷丸将钛板表面打光。②钛板表面清洗采用丙酮有机溶剂去除表面油污，水洗后，浸入60ml/L 42%HF,80ml/L 65% HNO3 溶液中发红烟，直至板面露出金属光泽即可，以充分去除钛板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥处理。③热浸镀锡将锡锭置于电阻炉中熔化，并用磷粉覆盖表面防止氧化。熔化温度为700°C。将清洗干净的钛板直接浸入锡液中并保持3分钟，然后取出并迅速浸入室温水中冷却。④镶铸铅将镀锡钛板固定在铸铁模中，然后将铅在坩埚中熔化，熔化温度约为550°C，再将铅液浇入铸模中，待其自然冷却后即可获得界面冶金结合良好的钛-铅复合阳极。图4扫描电镜形貌观察表明，复合材料界面处结合良好。实施例4，一种钛-铅复合阳极制备方法，步骤为①钛板机械预处理首先在钛板上加工螺纹孔，并安装钛质螺钉，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半，然后采用磨床刷将钛板表面磨光。
②钛板表面清洗采用酒精去除表面油污，水洗后，浸入100ml/L 40% HF,200ml/L 70% HNO3溶液中发红烟，直至板面露出金属光泽即可，以充分去除钛板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥处理。③热浸镀锡将锡锭置于电阻炉中熔化，并用铈粉覆盖表面防止氧化。熔化温度为600°C。将清洗干净的钛板直接浸入锡液中并保持5分钟，然后取出并迅速浸入室温水中冷却。④镶铸铅将镀锡钛板固定在铸铁模中，然后将铅在坩埚中熔化，熔化温度约为350°C，再将铅液浇入铸模中，待其自然冷却后即可获得界面冶金结合良好的钛-铅复合阳极。图5扫描电镜形貌观察表明，复合材料界面处结合良好。实施例5，一种钛-铅复合阳极制备方法，步骤为①钛板机械预处理首先在钛板上加工螺纹孔，并安装钛质螺钉，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半，然后采用钢丝刷将钛板表面磨光。②钛板表面清洗采用丙酮有机溶剂去除表面油污，水洗后，浸入40ml/L 40% HFU00ml/L 65% HNO3溶液中发红烟，直至板面露出金属光泽即可，以充分去除钛板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥处理。③热浸镀锡将锡锭置于电阻炉中熔化，并通入氩气表面防止氧化。熔化温度为500°C。将清洗干净的钛板直接浸入锡液中并保持5分钟，然后取出并迅速浸入室温水中冷却。④镶铸铅将镀锡钛板固定在铸铁模中，然后将铅在坩埚中熔化，熔化温度约为450°C，再将铅液浇入铸模中，待其自然冷却后即可获得界面冶金结合良好的钛-铅复合阳极。图6扫描电镜形貌观察表明，复合材料界面处结合良好。实施例6，一种钛-铅复合阳极制备方法，步骤为①钛板机械预处理首先在钛板上加工螺纹孔，并安装钛质螺钉，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半，然后采用砂纸将钛板表面打光。②钛板表面清洗采用丙酮有机溶剂去除表面油污，水洗后，浸入10ml/L 60%HF,30ml/L 69% HNO3 溶液中发红烟，直至板面露出金属光泽即可，以充分去除钛板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥处理。③热浸镀锡将锡锭置于电阻炉中熔化，并用木炭粉覆盖表面防止氧化。熔化温度为550°C。将预处理好的钛板直接浸入锡液中并保持5分钟，然后取出并迅速浸入室温水中冷却。④镶铸铅将镀锡钛板固定在铸铁模中，然后将铅在坩埚中熔化，熔化温度约为350°C，再将铅液浇入铸模中，待其自然冷却后即可获得界面冶金结合良好的钛-铅复合阳极。图7扫描电镜形貌观察表明，复合材料界面处结合良好。实施例7，一种钛-铅复合阳极制备方法，步骤为①钛板机械预处理首先在钛板上加工螺纹孔，并安装钛质钛质螺钉，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半，然后采用钢丝刷将钛板表面刷光。②钛板表面清洗采用丙酮去除表面油污，水洗后，浸入50ml/L 60% HFU00ml/L 65% HNO3溶液中直至发红烟，并保持1分钟左右，以充分去除钛板表面氧化膜，水洗后置于真空干燥箱中干燥处理。③热浸镀锡将锡锭置于电阻炉中熔化，并用木炭粉覆盖表面防止氧化。熔化温度为400°C。将清洗干净的钛板直接浸入锡液中并保持3分钟，然后取出并迅速浸入室温水中冷却。④镶铸铅将镀锡钛板固定在铸铁模中，然后将铅在坩埚中熔化，熔化温度约为450°C，再将铅液浇入铸模中，待其自然冷却后即可获得界面冶金结合良好的钛-铅复合阳极。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
权利要求
1.一种钛-铅复合阳极，由钛板、钛-锡-铅过渡层、铅层组成。
2.权利要求1所述的钛-铅复合阳极，其特征是钛板上有螺纹孔，安装钛质螺钉，钛质螺钉将钛板和铅层连接起来。
3.权利要求2所述的钛-铅复合阳极，其特征是螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半。
4.权利要求3所述的钛-铅复合阳极，其特征是该钛-铅复合阳极用于有色金属湿法冶金和电镀。
5.一种钛-铅复合阳极的制备方法，包括下列步骤清洗钛板；通过热浸镀方法在钛板表面制备一层锡；将镀锡钛板固定在铸模中浇入铅液，待其自然冷却后即可获得钛-铅复合阳极。
6.权利要求5所述的钛-铅复合阳极的制备方法，其特征是清洗钛板的步骤为通过喷砂、喷丸、磨床、砂纸或钢丝刷等机械方法去除表面氧化膜；采用丙酮、酒精等有机溶剂去除表面油污；水洗后，在HF及HNO3混合酸溶液中室温浸至发红烟，进一步除去钛板表面氧化膜；再次水洗后，在真空干燥箱中干燥处理。
7.权利要求6所述的钛-铅复合阳极的制备方法，其特征是在清洗钛板前在钛板上加工螺纹孔并安装钛质螺钉，螺钉露出钛板面的高度不大于铅层厚度且不小于铅层厚度的一半。
8.权利要求7所述的钛-铅复合阳极的制备方法，其特征是在钛板表面热浸镀锡的方法是通过覆盖木炭、云母、磷粉、铈粉或通入氩气等保护条件下在电阻炉中将锡熔化，熔化温度范围400-700°C ；然后将干燥的钛板浸入锡液中，保持3-10分钟，进行热浸镀锡处理； 热浸镀结束后取出水冷，以避免锡在空气中氧化。
9.权利要求5所述的钛-铅复合阳极的制备方法，其特征是镶铸铅的步骤是将镀锡钛板固定在铸模中；在电阻炉中熔化铅，熔化温度范围为350-550°C，然后浇入铸模中，待其凝固后取出自然冷却，即可获得钛-铅复合阳极。
全文摘要
本发明涉及钛-铅复合阳极及其制备方法。该复合电极由钛板、钛-锡-铅过渡层、铅层组成，钛板上有螺纹孔，并安装钛质螺钉。本发明还提供了该钛-铅复合阳的极制备方法，包括下列步骤清洗钛板；通过热浸镀方法在钛板表面制备一层锡；将镀锡钛板固定在铸模中浇入铅液，待其自然冷却后即可获得钛-铅复合阳极。本发明能够实现铅与钛之间的冶金结合，并在螺钉紧固的辅助作用下，达到提高复合材料的强度和界面导电性能。
文档编号C23C2/08GK102433573SQ20111036584
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者李为民, 李海, 王芝秀 申请人:宜兴市四达铅锡材料有限公司, 常州大学