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鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法

文檔序號(hào):5293614閱讀:313來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種復(fù)合電極材料的制備方法,尤其是一種鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法,屬于復(fù)合電極材料的加工制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
濕法冶金和鉛蓄電池所用的電極材料都是以鉛為主的多元合金組合,通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的熔鑄、軋制或者拉網(wǎng)等工藝方法將合金材料制備成所需形狀的電極板(或板柵)。由于這些合金電極均是用以鉛為主要成份(Pb>90%以上)的材料制成的,故存在機(jī)械強(qiáng)度低、內(nèi)電阻大、重量重等缺陷。為減少重量、降低內(nèi)電阻有采用鋁粉、鉛粉按一定配比混合后,通過(guò)機(jī)械合金化或粉末冶金方法制成的鋁-鉛電極材料;或者是將鋁、鉛分別熔化后采用噴射沉積方法制成鋁-鉛均勻混合體的“合金”電極材料。這些方法制備的材料,僅只是不同大小的鋁顆粒與鉛顆粒的機(jī)械混合體或是嵌合物,鋁、鉛的結(jié)合界面仍為物理結(jié)合。由于鋁、鉛存在界面結(jié)合缺陷,它們之間勢(shì)必組成一個(gè)新的原電池,在電解液的作用下,將加速該電極內(nèi)部鋁的浸蝕。因此,采用上述方法制備的鋁一鉛電極材料,在理論上并未克服熱力學(xué)能量壁壘,在性能上如電極內(nèi)阻、耐蝕性等,均不具有實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有鉛合金電極材料存在的機(jī)械強(qiáng)度低、內(nèi)電阻大、重量重等不足,以及采用上述方法制備的鋁-鉛電極材料存在的界面缺陷。本發(fā)明提供一種鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法,使鋁、鉛結(jié)合處復(fù)合為一體,實(shí)現(xiàn)鋁與鉛的冶金結(jié)合,改善鋁、鉛的界面狀態(tài),提高電極材料的綜合性能。
本發(fā)明通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于經(jīng)過(guò)下列工藝步驟
A、去除鋁材表面的氧化膜;B、將溫度為400~550℃的液相過(guò)渡元素鍍覆在鋁材表面,形成鋁-過(guò)渡元素層即第三組元的合金化層;C、將經(jīng)過(guò)B步驟鍍覆有過(guò)渡元素層的鋁材與熔融鉛或鉛合金進(jìn)行液固復(fù)合(在350~500℃溫度下),冷卻后即得中部為鋁芯,外部為鉛層,中間為過(guò)渡元素層的鋁-鉛復(fù)合材料。
所述B步驟中,鍍覆在鋁材表面的過(guò)渡元素為錫、鉍、鋅、鈣、鎂、銻、碲、鈦、硒、硅中的一種或幾種,其過(guò)渡元素的鍍層厚度控制在5~1000μm之間。
所述C步驟中,復(fù)合在鍍覆有過(guò)渡元素層的鋁材上的鉛合金為現(xiàn)有的Pb-Ca-Sn、Pb-Ca-Sn-Al、Pb-Ca-Ag、Pb-Ag、Pb-Ca-Ag-稀土、Pb-Sb-As-Se中的一種,或者為其它現(xiàn)有的任何一種鉛合金材料,其鉛鍍層或鉛合金鍍層的厚度控制在1~5mm。
本發(fā)明解決的技術(shù)難題是利用第三組元與鋁、鉛的混合焓ΔH<0的特性,通過(guò)在鋁與鉛界面之間調(diào)控生成微合金化的連續(xù)過(guò)渡層,即在鋁、鉛界面之間引入一種或多種過(guò)渡元素層(也稱第三組元),使鋁-鉛結(jié)合界面獲得界面能量補(bǔ)償,即補(bǔ)償了因鋁與鉛混合焓ΔH>0,從而導(dǎo)致鋁、鉛界面結(jié)合處的體系能量——吉布斯自由能降低,即ΔG=ΔH-TΔS<0的熱力學(xué)壁壘,從根本上解決了鋁-鉛復(fù)合材料中,鋁與鉛結(jié)合界面的相容性問(wèn)題,使鋁、鉛在其界面處溶為一體,徹底改善了鋁、鉛結(jié)合的界面狀態(tài),再通過(guò)過(guò)渡元素即第三組元的擴(kuò)散、潤(rùn)濕作用,實(shí)現(xiàn)鋁與鉛在界面處的冶金結(jié)合,使該電極材料與傳統(tǒng)鉛合金電極材料相比,內(nèi)阻減少28%,強(qiáng)度提高37%,重量減輕36%,槽電壓降低8.4%,腐蝕率減少40%。這對(duì)減少鉛金屬的消耗,節(jié)省電能有顯著的功效。
本發(fā)明由于在鋁與鉛之間引入了第三組元,解決了鋁、鉛相容性問(wèn)題,使鋁、鉛界面形成了真正意義上的冶金結(jié)合,具備了鋁-鉛復(fù)合電極材料的組織特征,即鋁-鉛結(jié)合界面的微觀組織已形成了鋁/過(guò)渡元素即第三組元/鉛的微合金化的連續(xù)組織結(jié)構(gòu)。因此,用本發(fā)明制備的鋁-鉛復(fù)合電極材料,其剪切力和附著力明顯提高。用本發(fā)明方法制備的復(fù)合電極材料可用于制備濕法冶金用陽(yáng)極板及鉛蓄電池板柵,且所得產(chǎn)品強(qiáng)度高、內(nèi)阻低、重量輕、耐腐蝕。


圖1為本發(fā)明之方法制備的鋁-鉛復(fù)合電極材料的剪切力試驗(yàn)示意圖;圖2為用本發(fā)明之方法制備的鋁-鉛復(fù)合電極材料的掃描電鏡圖;圖3為用本發(fā)明之方法制備的鋁-鉛復(fù)合電極材料的能譜掃描圖。
其中,圖1中的1為鋁板層,2為第三組元合金化層,3為鉛外層。圖3中的Y為錫、鉍、鋅、鈣、鎂、銻、碲、鈦、硒、硅等元素合金。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
實(shí)施例11、選擇厚度為1mm的工業(yè)級(jí)鋁板,剪切成長(zhǎng)×寬=80×20mm的矩形條帶,經(jīng)清洗除油后,用機(jī)械方法除去鋁條表面的氧化膜;2、將上述鋁帶放入溫度為400℃的過(guò)渡元素錫液中進(jìn)行浸鍍,鍍層達(dá)100μm時(shí),取出得表面為錫層的鋁條;3、將上述鋁條裝入定位鋼模中,并使其處于中部位置,在350℃溫度下,將熔融鉛注入鋼模中,使鉛層厚度達(dá)到2mm,迅速冷卻后即得中部為鋁芯,外部為鉛層,中間為過(guò)渡元素層的鋁-鉛復(fù)合材料。
4、將上述所得材料制成測(cè)試試樣,并進(jìn)行力學(xué)性能和微觀組織結(jié)構(gòu)的測(cè)試分析,其結(jié)果如下A、鋁-鉛復(fù)合界面的第三組元合金層的剪切強(qiáng)度超過(guò)了鉛層抗拉強(qiáng)度,在拉伸試驗(yàn)中鋁-鉛復(fù)合界面處沒(méi)有破壞,而鉛合金的斷面已被拉斷,說(shuō)明鋁與鉛已結(jié)合成一體,實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合,如圖1所示。
B、采用掃描電鏡(型號(hào)為XL30ESEM-TMP)觀察分析試樣的結(jié)合界面特征,同時(shí)對(duì)其界面進(jìn)行能譜分析,以微觀界面合金成分的變化情況,結(jié)果表明(a)試樣結(jié)合界面的形貌特征顯示,第三組元已經(jīng)向鋁、鉛金屬層擴(kuò)散,形成了不規(guī)則的齒狀形態(tài),鋁與鉛已無(wú)明顯的分界線,如圖2所示。
(b)試樣的成分曲線先由純鋁峰值→逐步變化為鋁-錫→又逐步變化為錫-鉛合金→最后轉(zhuǎn)變?yōu)殂U峰值,說(shuō)明界面已形成了鋁/錫/鉛的微合金連續(xù)分布狀態(tài),具備了復(fù)合材料應(yīng)有的界面特征,如圖3所示。
實(shí)施例21、選擇厚度為1mm的鋁網(wǎng),經(jīng)清洗除油后,用機(jī)械方法除去鋁網(wǎng)表面的氧化膜;2、將上述鋁網(wǎng)放入溫度為500℃的過(guò)渡元素鋅液中進(jìn)行浸鍍,鍍層達(dá)50μm時(shí),取出得表面為錫層的鋁網(wǎng);3、將上述2步驟所得的表面為錫層的鋁網(wǎng)放入溫度為460℃的熔融Pb-Ca-Sn合金(成分Ca=0.06%,Sn=0.4%,Pb余量)中,快速在鋁網(wǎng)表面熱浸鍍一層厚度為1mm的鉛合金,冷卻后即得中部為鋁芯,外部為鉛層,中間為過(guò)渡元素層的鋁-鉛復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于經(jīng)過(guò)下列工藝步驟A、去除鋁材表面的氧化膜;B、將溫度為400~550℃的液相過(guò)渡元素鍍覆在鋁材表面,形成鋁-過(guò)渡元素層即第三組元的合金化層;C、將經(jīng)過(guò)B步驟鍍覆有過(guò)渡元素層的鋁材,在350~500℃溫度下與熔融鉛或鉛合金進(jìn)行液固復(fù)合,冷卻后即得中部為鋁芯,外部為鉛層,中間為過(guò)渡元素層的鋁-鉛復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于所述B步驟中,鍍覆在鋁材表面的過(guò)渡元素為錫、鉍、鋅、鈣、鎂、銻、碲、鈦、硒、硅中的一種或幾種,其過(guò)渡元素的鍍層厚度控制在5~1000μm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于所述C步驟中,復(fù)合在鍍覆有過(guò)渡元素層的鋁材上的鉛合金為現(xiàn)有技術(shù)中的任何一種鉛合金材料,其鉛鍍層或鉛合金鍍層的厚度控制在1~5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋁-鉛復(fù)合電極材料的制備方法,屬于濕法冶金和鉛蓄電池所用的一種復(fù)合電極材料的制備技術(shù)。它經(jīng)過(guò)下列工藝步驟A、去除鋁材表面的氧化膜;B、將溫度為400~550℃的液相過(guò)渡元素鍍覆在鋁材表面,形成鋁-過(guò)渡元素層即第三組元的合金化層;C、將經(jīng)過(guò)B步驟鍍覆有過(guò)渡元素層的鋁材與熔融鉛或鉛合金進(jìn)行液固復(fù)合(在350~500℃溫度下),冷卻后即得中部為鋁芯,外部為鉛層,中間為過(guò)渡元素層的鋁-鉛復(fù)合材料。本發(fā)明在鋁與鉛之間引入了第三組元,解決了鋁、鉛相溶性問(wèn)題,使鋁、鉛界面形成了真正意義上的冶金結(jié)合,具備了鋁/過(guò)渡元素即第三組元/鉛的微合金化連續(xù)組織特征。與傳統(tǒng)鉛合金極板相比,內(nèi)阻減少28%,強(qiáng)度提高37%,重量減輕36%,槽電壓降低8.4%,腐蝕率減少40%。這對(duì)減少鉛金屬的消耗,節(jié)省電能有顯著的功效。
文檔編號(hào)C25B11/04GK101092707SQ200710065788
公開(kāi)日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者孫勇, 竺培顯 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)
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