一種低銀含量鉛銀合金電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低銀含量鉛銀合金電極的制備方法，屬金屬材料加工處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電極的要求也越來越高。除了具有良好的電化學(xué)性能外，還在綠色環(huán)保、節(jié)約資源、降低能耗和提高效益等方面提出了要求，傳統(tǒng)的制備工藝面臨新的挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)一種新型節(jié)能型陽極材料的制備方法迫在眉睫。
[0003]鉛合金電極因具有良好的電化學(xué)性能，低成本、易加工與可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今乃至以后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)在濕法冶金、電化學(xué)工業(yè)中首選的電極材料。特別是在濕法電解鋅、鎳、銅等領(lǐng)域顯得尤為突出，有著不可替代的地位。而鉛合金電極材料性能的提高將會(huì)對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，節(jié)約能源，減低能耗和提高效益等方面做出重要的貢獻(xiàn)。為此，提高鉛合金電極材料的耐蝕性、導(dǎo)電性、催化活性、機(jī)械強(qiáng)度和降低成本一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0004]而目前濕法冶金領(lǐng)域采用Pb-Ag 二元合金電極，普遍存在銀回收率低，析氧電位高，電能損耗大，電流分布不均，污染大等問題。因此，在改善上述問題的同時(shí)，尋找一種節(jié)能少污染新型鉛銀合金電極材料的制備方法，一直是該領(lǐng)域競(jìng)相發(fā)展的重大課題。P.Mindirik、R.krcil、B.Hadzima 等的文獻(xiàn)(P.Minarik，R.kraI, B.Hadzima.Substantially Higher Corros1n Resistance in AE42 Magnesium Alloy throughCorros1n Layer Stabilizat1n by ECAP Treatment [J].ACTA PHYSICA，2012，122(3):614-617)研究表明，晶粒大小及組織均勻度與電極的耐蝕性、導(dǎo)電性和析氧電位密切相關(guān)。當(dāng)晶粒細(xì)化到合適的尺寸及均勻度可明顯提高電極的耐蝕性能及導(dǎo)電性，同時(shí)使析氧電位大幅降低，從而改善了電極的電化學(xué)綜合性能。因此，可以另辟蹊徑以使晶粒細(xì)化，改善組織均勻性，在降低成本的同時(shí)，提高鉛銀合金電極的耐蝕性能。
[0005]功率超聲-冷乳-退火熱處理工藝能夠通過在金屬或合金凝固過程中施加振動(dòng)來改善其組織結(jié)構(gòu)、提尚力學(xué)性能。超聲振動(dòng)的尚能量及其特殊效應(yīng)，極大地提尚了振動(dòng)對(duì)凝固的作用效果。同時(shí)大塑性變形和退火工藝能夠從根本上細(xì)化合金晶粒，加強(qiáng)細(xì)晶效果，拓寬調(diào)控晶粒尺寸范圍，有效控制合金性能，從而可制備性能優(yōu)良的陽極材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供低銀含量鉛銀合金電極的制備方法，通過對(duì)鉛銀合金進(jìn)行功率超聲、冷乳及退火熱處理細(xì)晶，得到晶粒細(xì)小均勾、催化活性強(qiáng)、耐蝕性能高、導(dǎo)電性能好的鉛銀合金，具體包括以下步驟:
(1)將金屬鉛和銀混合，鉛銀二元合金中銀的質(zhì)量百分比為0.5%?1%，余量為鉛；
(2)將配好的鉛銀合金料均勻熔化，在熔體溫度達(dá)到340°C?370°C，使用超聲波振動(dòng)l~3min，爐冷后取出試樣置入液氮環(huán)境中，然后在液氮環(huán)境下進(jìn)行冷乳，冷乳過程中的總下壓量為20~80% ；
(3)將乳制好的樣品放入電阻爐內(nèi)在120°C?160°C范圍內(nèi)進(jìn)行退火，保溫lh，即得鉛銀合金電極。
[0007]優(yōu)選的，本發(fā)明所述超聲波頻率為12KHz，功率為100W。
[0008]本發(fā)明的有益效果:通過引入功率超聲波，通過鉛銀合金凝固過程中的超聲細(xì)晶作用來改善其組織結(jié)構(gòu)、提高電化學(xué)性能；同時(shí)大塑性變形和退火工藝能夠從根本上細(xì)化合金晶粒，加強(qiáng)細(xì)晶效果，拓寬調(diào)控晶粒尺寸范圍，有效控制合金性能；本發(fā)明操作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，對(duì)鉛銀合金的細(xì)化效果好，并且使其催化活性、耐蝕性、導(dǎo)電性得到顯著提尚O
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明超聲波制備鉛銀合金裝置的簡(jiǎn)單示意圖。
[0010]圖2是實(shí)施例1和原始樣品細(xì)晶組織金相圖。
[0011]圖3是為實(shí)施例1~3中制備的電極材料與原始鉛銀合金電極材料的極化曲線對(duì)比圖。
[0012]圖中:1_循環(huán)水系統(tǒng)；2_溫控儀；3_換能器；4_變幅桿；5_鈦合金探頭；6_石墨坩禍-J-電爐板；8_活動(dòng)板；9_超聲波擴(kuò)發(fā)器；10_超聲波電源控制設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不只限于此。
[0014]本實(shí)施例1~3所用裝置如圖1所示，所述裝置包括循環(huán)水系統(tǒng)1、溫控儀2、換能器
3、變幅桿4、鈦合金探頭5、石墨坩禍6、電爐板7、活動(dòng)板8、超聲波擴(kuò)發(fā)器9、超聲波電源控制設(shè)備10 ;換能器3、超聲波擴(kuò)發(fā)器9、超聲波電源控制設(shè)備10串聯(lián)；換能器3與變幅桿4連接，變幅桿4與鈦合金探頭5連接，鈦合金探頭5伸入石墨坩禍6內(nèi)；溫控儀2位于電爐板7上，用于測(cè)量石墨坩禍6內(nèi)的溫度，循環(huán)水系統(tǒng)I位于換能器3、超聲波擴(kuò)發(fā)器9、超聲波電源控制設(shè)備10的外部，如圖1所示。
[0015]實(shí)施例1
按照鉛198g，銀2g (Pb-l%Ag)的配比稱取原料，將配好的鉛銀合金料放入石墨坩禍6中，調(diào)節(jié)加熱爐進(jìn)行升溫至400°C，待料均勻熔融，打開循環(huán)水系統(tǒng)I冷卻變幅桿4和鈦合金探頭5，設(shè)置超聲波頻率為12KHZ，功率為100W，在熔體溫度為340°C時(shí)，將探頭緩緩插入鉛合金液中超聲波處理Imin后，升起探頭，爐冷至室溫；將樣品置入液氮環(huán)境中，然后以20%的壓下量進(jìn)行冷乳；將乳制好的樣品放入電阻爐內(nèi)在120°C溫度下進(jìn)行退火，保溫lh，隨爐冷卻后取出樣品得到。
[0016]本實(shí)施例制備的得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為10um，電阻率2.1542μΩ.πι，如圖2所示，圖2 (a)為本實(shí)施例制備得到樣品金相圖，圖2 (b)為未施加處理的原始樣品。
[0017]條件相同的情況下只進(jìn)行超聲處理得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為39um，電阻率為 2.8232μΩ.m。
[0018]條件相同的情況下只進(jìn)行冷乳得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為13um，電阻率為2.304μΩ.m。
[0019]實(shí)施例2
按照鉛198g，銀2g (Pb-l%Ag)的配比稱取原料，將配好的鉛銀合金料放入石墨坩禍6中，調(diào)節(jié)加熱爐進(jìn)行升溫至400°C，待料均勻熔融，打開循環(huán)水系統(tǒng)I冷卻變幅桿4和鈦合金探頭5，設(shè)置超聲波頻率為12KHZ，功率為100W，在熔體溫度為355°C時(shí)，將探頭緩緩插入鉛合金液中超聲波處理2min后，升起探頭，爐冷至室溫；將樣品置入液氮環(huán)境中，然后以60%的壓下量進(jìn)行冷乳。將乳制好的樣品放入電阻爐內(nèi)在140°C的溫度下進(jìn)行退火，保溫lh，隨爐冷卻后取出樣品。
[0020]本實(shí)施例制備的得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為5um，電阻率為1.8524μΩ.mD
[0021]條件相同的情況下只進(jìn)行超聲處理得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為31um，電阻率為 2.7116μΩ.m。
[0022]條件相同的情況下只進(jìn)行冷乳得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為8um，電阻率為2.4017μΩ.m。
[0023]實(shí)施例3
按照鉛198.5g，銀1.5g (Pb-0.75%Ag)的配比稱取原料，將配好的鉛銀合金料放入石墨坩禍6中，調(diào)節(jié)加熱爐進(jìn)行升溫至400°C，待料均勻熔融，打開循環(huán)水系統(tǒng)I冷卻變幅桿4和鈦合金探頭5，設(shè)置超聲波頻率為12KHZ，功率為100W，在熔體溫度為370°C時(shí)，將探頭緩緩插入鉛合金液中超聲波處理3min后，升起探頭，爐冷至室溫；將樣品置入液氮環(huán)境中，然后以80%的壓下量進(jìn)行冷乳；將乳制好的樣品放入電阻爐內(nèi)在160°C的溫度下進(jìn)行退火，保溫lh，隨爐冷卻后取出樣品。
[0024]本實(shí)施例制備的得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為3um，電阻率為1.9354μΩ.mD
[0025]條件相同的情況下只進(jìn)行超聲處理得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為22um，電阻率為 2.7629μΩ.m。
[0026]條件相同的情況下只進(jìn)行冷乳得到的鉛銀合金電極的性能為:晶粒尺寸為5um，電阻率為2.3329μΩ.m。
[0027]圖3是為實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3中制備的電極材料與原始鉛銀合金電極材料的極化曲線對(duì)比圖，從圖中可以看出，經(jīng)超聲波-冷乳-退火熱處理得到的電極材料與原始鉛銀合金電極材料相比，極化電位出現(xiàn)了較明顯的負(fù)移，催化活性大幅度提高，達(dá)到了預(yù)期節(jié)能降耗的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低銀含量鉛銀合金電極的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)將金屬鉛和銀混合，鉛銀二元合金中銀的質(zhì)量百分比為0.5%?1%，余量為鉛； (2)將配好的鉛銀合金料均勻熔化，在熔體溫度達(dá)到340°C?370°C，使用超聲波振動(dòng)l~3min，爐冷后取出試樣置入液氮環(huán)境中，然后在液氮環(huán)境下進(jìn)行冷乳，冷乳過程中的總下壓量為20~80% ； (3)將乳制好的樣品放入電阻爐內(nèi)在120°C?160°C范圍內(nèi)進(jìn)行退火，保溫lh，即得鉛銀合金電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低銀含量鉛銀合金電極的制備方法，其特征在于:所述超聲波頻率為12KHz，功率為100W。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種低銀含量鉛銀合金電極的制備方法，屬金屬材料加工處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法配置液態(tài)鉛銀合金，在熔體熔點(diǎn)附近施加功率超聲振蕩，隨爐冷卻凝固，隨后將樣品置入液氮環(huán)境中低溫冷軋，最后再對(duì)樣品進(jìn)行退火熱處理，本發(fā)明成功制備了具有細(xì)晶特征的低銀含量鉛銀合金，通過功率超聲、冷軋及退火處理，均勻細(xì)化合金凝固組織，改善電化學(xué)性能；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：操作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，電極使用壽命長(zhǎng)，且是一種獲得均勻細(xì)晶合金組織的技術(shù)。
【IPC分類】C25C7/02
【公開號(hào)】CN105154924
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510422405
【發(fā)明人】周生剛, 張俊, 張喆, 竺培顯
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月20日