一种复合阳极板的制作方法

1.本实用新型涉及电化学技术领域，具体涉及一种复合阳极板。


背景技术：

2.阳极板是湿法冶金中必不可少的消耗材料。迄今为止，铅及其合金由于对电解溶液的高耐腐蚀性使得其成为阳极板材料的首选材料。然而，铅及其合金由于电阻率高、生产过程中无效电耗大；其次由于铅及其合金机械强度差，容易变形引起阴阳极板间短路。目前市场上使用的阳极板基本采用两条技术路径改善极板的问题：一是在铅中添加各种合金，通过改变和调整合金成分组元来提高极板的机械性能、导电性能，但效果极其有限。二是将铅或铅合金与金属铝复合，试图利用金属铝来提高极板的电阻率和机械强度。但由于铅与铝属非混溶合金体系，即金属铅与金属铝从热力学的角度分析，是不可能形成冶金结合，致使铅与铝的结合界面只能是传统的机械物理结合，无法实现预期的效果。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题是提供一种复合阳极板，通过在金属内芯层和金属外层之间形成至少包含内芯层金属和外层金属纳米颗粒的纳米金属层结合界面，解决金属内芯层和金属外层的界面结合难题，在铅与铝的界面实现真正意义上的冶金结合。
4.本实用新型所采用的技术方案是：
5.一种复合阳极板，其特征在于：其包括金属内芯层、包覆于所述金属内芯层外的纳米金属层、包覆于所述纳米金属层外的金属外层；所述金属外层金属为铅或铅合金；所述纳米金属层至少包含金属内芯层金属纳米颗粒和金属外层金属纳米颗粒。
6.通过在金属内芯层与金属外层之间设置至少包含内芯层金属和外层金属纳米颗粒的纳米金属层，微观结构上使内芯金属层金属能与外层铅或铅合金形成良好的冶金结合界面；宏观上降低极板内部界面电阻，增强内芯金属层金属与外层铅或铅合金的结合强度。使极板整个平面的电流分布更趋均匀，具有槽电压显著降低，吨锌成本低的优点。
7.进一步，所述纳米金属层中所述金属内芯层金属纳米颗粒和所述金属外层金属纳米颗粒的质量比为10～90:10～90。
8.进一步，所述金属内芯层为导电率高的铝。
9.进一步，所述纳米金属层由纳米铅、纳米铝及纳米锌、纳米锡、纳米镁三者中的任意一种种或一种以上金属纳米颗粒混合而成。
10.进一步，所述纳米金属层中纳米铝、纳米铅及其他金属纳米颗粒的质量比为30～45：30～45：10～40。
11.进一步，所述纳米金属层的厚度为10～100nm。
12.进一步，所述金属内芯层的厚度为0.5～5mm。
13.进一步，所述金属外层的厚度为2～3mm。
14.进一步，所述金属纳米颗粒的直径小于10nm。金属颗粒尺寸在小于10纳米时，金属
颗粒彼此间混合熵的增加可以使体系的吉布斯自由能小于零，使彼此之间更好地混溶，从而在铅与铝的结合界面处实现冶金结合。
15.进一步，所述复合阳极板还包括一连接于由前述金属内芯层、纳米金属层及金属外层组成的阳极板主体一端的导电横梁；所述横梁内芯层材质与金属内芯层金属材质一致；在所述横梁内芯层外包覆着防腐蚀材料。
16.本实用新型提供的复合阳极板，通过在金属内芯层与金属外层之间设置至少包含内芯层金属和外层金属纳米颗粒的纳米金属层，微观结构上使内芯金属层金属能与外层铅或铅合金形成良好的冶金结合界面；宏观上降低极板内部界面电阻，增强内芯金属层金属与外层铅或铅合金的结合强度。使极板整个平面的电流分布更趋均匀，具有槽电压显著降低，吨锌成本低的优点。
附图说明
17.图1是本实用新型提供的复合阳极板的结构示意图；
18.图2是图1中a处的局部放大示意图；
19.图中标记说明：1-金属内芯层；2-纳米金属层；3-金属外层。
具体实施方式
20.下面结合附图对本实用新型具体实施方式作详细说明。
21.如图1、图2所示，一种复合阳极板，其包括金属内芯层1、包覆于所述金属内芯层1外的纳米金属层2、包覆于所述纳米金属层2外的金属外层3；所述金属外层3为铅或铅合金；所述纳米金属层2至少包含金属内芯层金属纳米颗粒和金属外层金属纳米颗粒。所述复合阳极板还包括一连接于由前述金属内芯层1、纳米金属层2及金属外层3组成的阳极板主体一端的导电横梁；优选地，所述横梁内芯层材质与金属内芯层1金属材质一致；在内芯层外包覆着防腐蚀材料，可以是铅或者铅合金，也可以是其他防腐蚀材料。通过在金属内芯层与金属外层之间设置至少包含内芯层金属和外层金属纳米颗粒的纳米金属层，微观结构上使内芯金属层金属能与外层铅或铅合金形成良好的冶金结合界面；宏观上降低极板内部界面电阻，增强内芯金属层金属与外层铅或铅合金的结合强度。使极板整个平面的电流分布更趋均匀，具有槽电压显著降低，吨锌成本低的优点。
22.实施例一
23.一种复合阳极板，其包括材质为铝的金属内芯层1、包覆于所述金属内芯层1外的纳米金属层2、包覆于所述纳米金属层2外材质为铅或铅合金的金属外层3。所述纳米金属层包含纳米铅、纳米铝、纳米锌三种金属纳米颗粒；其中，所述纳米金属层中纳米铝、纳米铅及纳米锌的质量比为30～45：30～45：10～40。所述纳米金属层的厚度为25nm。所述金属内芯层1的厚度为2mm。所述金属外层3的厚度为2mm。所述金属纳米颗粒的直径小于5nm；根据界面热力学分析理论，金属颗粒尺寸在小于10纳米时，金属颗粒彼此间混合熵的增加可以使体系的吉布斯自由能小于零，使彼此之间更好地混溶，从而在铅与铝的结合界面处实现冶金结合；而且金属颗粒尺寸越小，该吉布斯自由能越低，金属间混溶得越好，越容易实现在金属结合界面处实现冶金结合。作为其他可以实施的方案，所述纳米金属层由纳米铅、纳米铝及纳米锌、纳米锡、纳米镁三者中的任意一种或一种以上金属纳米颗粒混合而成；所述纳
米金属层中纳米铝、纳米铅及其他金属纳米颗粒(纳米锌、纳米锡、纳米镁中任意一种或一种以上金属纳米颗粒的混合物)的质量比为30～45：30～45：10～40；即相对于纳米铝30～45份、纳米铅30～45份而言，纳米锌、纳米锡、纳米镁中任意一种或一种以上金属纳米颗粒的混合物的质量为10～40份，至于纳米锌、纳米锡、纳米镁三者之间如何组配基本不影响其性能。所述复合阳极板还包括一连接于由前述金属内芯层1、纳米金属层2及金属外层3组成的阳极板主体一端的导电横梁；所述横梁内芯层为铝材；在内芯层外包覆着防腐蚀材料，可以是铅或者铅合金，也可以是其他防腐蚀材料；所述横梁还可起到承重的作用。
24.本实施例提供的复合阳极板其内芯为电导率高的金属铝，其外层为铅或铅合金。为保证外层铅或铅合金与内芯层金属铝之间能实现真正的冶金结合界面，本实用新型在内芯金属铝层与外层铅或铅合金之间嵌入金属纳米结构层，微观结构上使内芯层金属铝能与外层铅或铅合金形成良好的冶金结合界面；宏观上降低极板内部界面电阻，增强内芯金属铝与外层铅或铅合金的结合强度；使极板整个平面的电流分布更趋均匀，槽电压显著降低，吨锌成本减少。经过同等条件下的对比试验，其结果表明：本实用新型阳极板与现有技术中的阳极板相比，强度提高1至2倍，槽电压降低0.1～0.2v，节能降耗显著。
25.实施例二
26.本实施例与实施一的区别在于，所述纳米金属层仅包含纳米铅、纳米铝两种金属纳米颗粒，其中，所述纳米金属层中纳米铝、纳米铅的质量比为10～90：10～90。所述纳米金属层的厚度为50nm。所述金属内芯层1的厚度为3mm。所述金属外层3的厚度为2mm。所述金属纳米颗粒的直径小于10nm。
27.作为一种可以实现的方式，所述纳米金属层的厚度可以为10nm；所述金属内芯层1的厚度为0.5mm；所述金属外层3的厚度为3mm。作为另一种可以实现的方式，所述纳米金属层的厚度可以为100nm；所述金属内芯层1的厚度为5mm；所述金属外层3的厚度为3mm。
28.作为其他可以实现的方式，所述金属内芯层1金属材质可以是铜；相应的，所述纳米金属层由纳米铅、纳米铜，或纳米铅、纳米铜及纳米锌、纳米锡、纳米镁三者中的任意一种或一种以上金属纳米颗粒混合而成。
29.上面结合具体实施方式对本实用新型作了详细的说明。但是，本实用新型并不限于上面所描述的内容。在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本实用新型构思作出的各种变化，仍落在本实用新型的保护范围。