专利名称：一种新型Al/Pb层状复合电极的制备方法
一种新型Al/Pb层状复合电极的制备方法
抆术领域
本发明涉及一种湿法冶金中所用Al/Pb层状复合电极的制备方法，特别涉及所选中间介 质熔点低于Al芯材及工作表面Pb的熔点的Al/Pb层状复合电极的制备方法，属复合电极的 加工制造技术领域。
背景技术：
本发明是对本申请的申请人已提交的中国专利申请"铝铅层状复合材料"(申请号 200710065789.9)和"铝铅复合电极材料的制备方法"(专利申请号:200710065788. 4)的进
一步改进。
湿法冶金中，不仅要求电极的导电性好,性能稳定，且由于通常电极需浸泡于腐蚀性较强 的溶液当中，因而对电极的材料有较强的耐腐蚀要求。在传统的湿法冶金中，通常釆用以Pb 为主要原料制成的Pb合金为电极，其抗腐蚀性较强，但其机械强度低、内阻大、重量大，虽 然通过加入合金的方式能使一些性能有所改善，但对另一些性能又会造成新的不利影响。为 此，申请人发明了 "铝铅层状复合材料"和"铝铅复合电极材料的制备方法"，对湿法冶金中
所用的电极材料进行了改进，通过层状复合入导电性能好、重量轻、成本低的中间芯材(如 Al、 Mg等)及连接介质，极大地改善了传统Pb合金电极固有的机械强度低、内阻大、重量 大等弊病，且实现了 Al/Pb界面的冶金化结合。申请人还申请了另一项专利"一种制备铝/铅 系层状复合材料金相样品及显示组织的方法"(专利申请号200810058704.9)，提供了一种 针对此复合材料的金相制样方法及显示组织的方法。然而，在上述"销铅复合电极材料的制 备方法"中，还存在的不足之处是在所选中间介质的熔点低于A1芯材与Pb工作表层的熔 点的情况下，当采用液固浇铸成型时，由于Pb液温度过高引起界面结合介质可能被部分冲刷， 使Al/Pb界面的冶金结合强度受到影响，从而导致该电极的导电性、槽电压、腐蚀率受到影 响。
发明内容
本发明的目的，在于针对所选中间介质熔点低于Al芯材及Pb工作表层的熔点的情况， 提供一种新的Al/Pb层状复合电极的制备方法，以改善界面的结合状态，提高电极材料的综 合性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现所述一种新型Al/Pb层状复合电极的制备方法， 包括下列工艺步骤
A、将裁剪好的A1芯材表面除去氧化膜，在300 350'C温度范围内镀覆好中间介质，自 然冷却到室温状态。B、 将350-50(TC的Pb液浇铸成型为具有外层工作表面及一端有底的空腔结构体Pb工
作表层。
C、 将熔化的中间介质在低于30(TC时的温度下注入B步骤中制备的Pb工作表层的空腔 中，其注入量为在中间介质中插入A1芯材后能刚好填满空腔的容积。
D、 在B、 C步骤进行的同时，将按步骤A得到的镀覆好中间介质的Al芯材预热到150~ 250 。C。
E、 将D步骤准备好的Al芯材作为内芯迅速插入C步骤的Pb工作表层空腔的中间介质 液中，保持150 300'C之间中间介质的熔点以土的温度扩散烧结10-60分钟的时间，自然 冷却到室温，得到中部为A1芯、外部为Pb层，中间为连接介质的Al/Pb层状复合电极。
所述B步骤中的Pb液，其材料为现有湿法冶金技术中的任何一种Pb合金材料。
所述C步骤中的中间介质为Bi、 Sn中的一种或由Bi、 Ca、 Mg、 Sb、 Sn、 Zn中几种所
制成的、其熔点低于Al和Pb熔点的合金，其介于Al与Pb之间的扩散层厚度控制在50-
1500nm之间。
本f明的有益效果是由于本发明在工艺中降低了 Pb液和中间介质的温度，并使镀覆好 中间介质的Al芯材保持在150 ~ 30(TC之间中间介质的熔点以上的温度扩散烧结10 ~ 60分钟 的时间，解决了熔点较低的中间介质与Al、 Pb的相容性问题及制备工艺的难题，使A1/Pb界 面实现了冶金结合，更具备了 Al/中间介质/Pb的微合金化连续过渡的完整组织特征。所制得 的Al/Pb层状复合电极在界面结合强度、导电性、槽电压、腐蚀率方面均取得了令人满意的 效果。
图1为用本发明之方法制备的Al/Pb层状复合电极的Pb合金结构体。 图2为本发明之方法制备的Al/Sn/Pb层状复合电极界面的能谱扫描图。 图3为本发明方法制得的Al/Pb层状复合电极外形示意图。 图4为本发明方法制得的Al/Bi/Pb层状复合电极界面的能谱扫描图。 图中,l: Pb工作表层；2:中间介质；3: Al芯材。
具体实施例方式
下面结合实施对本发明做进一步描述，但实施例不是对本发明的限定。 实施例1
选择厚度为1.2mm的工业级的Al板，裁剪成适当的条带，经清洗除油，用机械方法除去 表面氧化膜，浸入温度为375。C的Sn液中浸镀，镀层约为150pm时，取出表面为Sn层的Al 条，自然冷却到室温。将375。C的Pb合金液(Pb-1Ag-0. 1Ca)倒入钢模中浇铸成具有外层(工作表面)及内腔的结构体，冷却到室温脱模，腔厚为1.5誦(如图1所示)。将28(TC熔化的 Sn液注入l步骤的Pb合金结构体腔中，液面在其2/3容积处，设置温控仪使系统保温在280 'C。将上述A1条预热到250°C，迅速插入Pb合金结构体腔体内熔化的中间介质Sn液中，温 度保持在250 28(TC液固扩散烧结1小时，自然冷却到室温，得到中部为Al芯、外部为Pb 层、中间为Sn连接介质的Al/Pb层状复合电极。
将此Al/Pb层状复合电极按照发明专利"一种制备铝/铅系层状复合材料金相样品及显示 组织的方法"(公开号CN 101319974A)对其界面进行处理，得到界面能谱扫描图(如图2 所示)，可以清楚地看到沿着Al到Pb的方向在界面的元素分布情况是Al与Pb元素均呈现出 类似"Z"字型的梯度分布，而Sn的分布则表现出在界面处的相对均勾的扩散，在结合图中 Al、 Pb侧的波浪形扩散渗透情况，说明整个复合材料的界面已实现了冶金一体化，具备了层 状复合材料界面应有的结合特性。
实施例2
样品制备步骤与实施例l基本相同，不同之处在于所选的中间介质为29(TC熔化的Bi, Al插入Pb合金结构体腔体内熔化的中间介质Bi液中，温度保持在280 30(TC液固扩散烧结 30分钟，自然冷却到室温，得到中部为Al芯、外部为Pb层、中间为Bi连接介质的Al/Pb层 状复合电极(如图3)，将此Al/Pb层状复合电极按照发明专利"一种制备铝/铅系层状复合材 料金相样品及显示组织的方法"(公开号CN 101319974A)对其界面进行处理，得到界面能 谱扫描图(如图4所示)，可以清楚地看到界面Bi类似实施例l样中Sn的分布，Al、 Pb的 分布几与实施例l同，说明整个复合材料的界面已实现了冶金一体化，具备了层状复合材料 界面应有的结合特性。
实施例3
样品制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于所选的中间介质为245'C熔化的 Sn-5Zn-3Bi合金，Al插入Pb合金结构体腔体内熔化的中间介质液中，温度保持在260 ~ 280 'C液固扩散烧结40分钟，自然冷却到室温，得到中部为Al芯、外部为Pb层、中间为Sn-5Zn-3Bi 连接介质的Al/Pb层状复合电极，经金相制样处理后表明该电极具备了层状复合材料界面应 有的结合特性，实现了冶金一体化。
权利要求
1、一种Al/Pb层状复合电极的制备方法，其特征在于本发明依次包括下列工艺步骤A、将裁剪好的Al芯材(3)表面除去氧化膜，在300～350℃温度范围内镀覆好中间介质(2)，自然冷却到室温状态；B、将350～500℃的Pb液浇铸成型为具有外层工作表面及一端有底的空腔结构体Pb工作表层(1)；C、将熔化的中间介质(2)在低于300℃时的温度下注入B步骤中制备的Pb工作表层(1)的空腔中，其注入量为在中间介质(2)中插入Al芯材(3)后能刚好填满空腔的容积；D、在B、C步骤进行的同时，将按步骤A得到的镀覆好中间介质的Al芯材(3)预热到150～250℃；E、将D步骤准备好的Al芯材(3)作为内芯迅速插入C步骤的Pb工作表层(1)空腔的中间介质(2)液中，保持150～300℃之间中间介质(2)的熔点以上的温度扩散烧结10～60分钟的时间，自然冷却到室温，得到中部为Al芯、外部为Pb层，中间为连接介质的Al/Pb层状复合电极。
2、 根据权利要求1所述的一种Al/Pb层状复合电极的制备方法，其特征在于所述B 步骤中的Pb液，其材料为现有湿法冶金技术中的任何一种Pb合金材料。
3、 根据权利要求1所述的一种Al/Pb层状复合电极的制备方法，其特征在于所述C 步骤中的中间介质(2)为Bi、 Sn中的一种或由Bi、 Ca、 Mg、 Sb、 Sn、 Zn中几种所制成的、 其熔点低于Al和Pb熔点的合金，其介于Al与Pb之间的扩散层厚度控制在50~ 1500nm之 间。
全文摘要
本发明提供了一种Al/Pb层状复合电极的制备方法，属于湿法冶金领域用电极的制备技术。本法先将350～500℃的Pb合金液浇铸成型为该层状复合电极的工作表面(外壳)，将熔化状态的中间介质在低于300℃时的温度下注入Pb壳体，把表面镀覆好该中间介质的Al芯材预热到150～250℃，迅速插入Pb壳体的中间介质液中，保持150～300℃之间中间介质的熔点以上的温度液固扩散烧结10-60分钟，自然冷却到室温，得到中部为Al芯、外部为Pb层、中间为连接介质的Al/Pb层状复合电极。本发明解决了熔点较低的中间介质与Al、Pb的相容性问题及制备工艺的难题，适用于中间介质的熔点低于金属Al和Pb的熔点的情况。
文档编号C25C7/02GK101481807SQ20091009400
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者周生刚, 勇 孙, 孙丽达, 竺培显, 黄子良, 黄文芳 申请人:昆明理工大学