一種具有超薄鈦復層的鉛?鈦復合陽極的制備方法與流程

本發明涉及復合材料制作技術領域，具體涉及一種具有超薄鈦復層的鉛-鈦復合陽極的制備方法。

背景技術：

通過電鍍、噴涂獲得鈦-鉛復合材料，因結合強度不牢固，容易產生鈦脫落的問題，通過爆炸厚復層鈦，再進行軋制方法也無法獲得超薄的鈦復層的復合材料，超薄鈦復層的厚度為0.3~1mm，由于鈦硬度比鉛的硬度高很多，通過軋制的方法只會將鉛層變薄，而無法將鈦層變薄；而采用常規的焊接方式，由于鉛和鈦無法互熔，也無法獲得結合良好的薄鈦層的鉛鈦復合材料。鉛鈦無論從導電性還是耐腐蝕性能，都滿足鉛酸蓄電池正極柵板材料的要求，而且具有質量輕，高強度、優良的耐腐蝕性能，對于提高鉛酸蓄電池比能量，大大延長蓄電池壽命有著非常重要的意義。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種具有超薄鈦復層的鉛-鈦復合陽極的制備方法，選用的緩沖板加載的爆炸焊接技術，實現了鉛金屬層與鈦金屬層的冶金結合，提高了結合強度，開拓了鉛此種超軟金屬與其他金屬的結合，而且拓展了復合陽極異種金屬層的厚度組合。

本發明所采用的技術方案為：一種具有超薄鈦復層的鉛-鈦復合陽極的制備方法，包括以下步驟：步驟一、采用細沙平鋪一定厚度作為地基，在地基上放置具有平板結構的鋼墊板，然后在鋼墊板上平行放置緩沖板Ⅰ；

步驟二、取鉛板，并將其放置在液氮容器中，靜置10~30min，使鉛板的初始溫度降低到液氮的沸騰溫度；

步驟三、將步驟二冷卻后的鉛板平行放置在緩沖板Ⅰ上，然后在鉛板上垂直放置支撐體；然后取鈦板通過金屬膠粘劑平行粘貼在緩沖板Ⅱ上，并將鈦板放置在支撐體上，使鈦板與支撐體垂直設置；

步驟四、在緩沖板Ⅱ上鋪設炸藥，炸藥的用量與緩沖板Ⅱ的面積的關系為2.5~3.5g/cm²，然后在炸藥的邊緣插入雷管，進行起爆，制得具有超薄鈦復層的鉛-鈦復合陽極。

其中，所述的緩沖板Ⅰ為橡膠板；所述的緩沖板Ⅱ為鋁板。

其中，支撐體為金屬鉛。

本發明中，鈦板的厚度為0.3~1mm，緩沖板Ⅱ的厚度為4mm，支撐體的高度為2~6mm。

其中，炸藥由膨化硝銨、氯化鈉和珍珠巖組成，炸藥的各組成原料的重量比為膨化硝銨：氯化鈉：珍珠巖=45：48：7。

本發明通過爆炸焊接技術獲得冶金結合的鉛-鈦層狀金屬復合材料，如果鈦層厚度較薄，通過爆炸焊接沖擊后，容易造成復層鈦層的爆燃；由于鈦層薄而且質量輕，在爆轟載荷加載時可以迅速的達到最大速度，但壓力的作用時間與復材厚度成正比，因此，爆轟壓力下降之快，使復板向下運動時出現振蕩，還可能出現減速現象，造成碰撞過程的不均勻，不穩定，復層有可能會被再射入流擊穿或損傷。為解決上述問題，本發明在復層鈦金屬薄板表面使用金屬膠，把0.3~1mm厚度的復層薄鈦與4mm厚度的緩沖板Ⅱ粘接在一起，進行緩沖加載；然后在鉛板的下方安置緩沖板 Ⅰ進行緩沖，進一步進行緩沖加載。

有益效果：1、本發明采用兩層緩沖板復合，增加了鈦與鉛的結合厚度范圍，能夠利用厚度為0.3~1mm的超薄鈦復層制備鉛-鈦復合材料。

2、在步驟二中將鉛板采用液氮冷卻，能夠提高鉛板的強度性能，降低爆炸焊接時的沖擊區的溫度；而且，解決了鉛在常溫下強度低而塑性高的缺陷，使冷卻后的鉛板能夠保持預定的面積大小和間隙大小，擴展高質量的焊接工藝參數范圍，有利于提高爆炸焊接過程的穩定性和爆炸焊接的質量。

3、在制備過程中，鉛-鈦復層金屬在炸藥爆炸載荷作用下高速傾斜碰撞鉛板，在碰撞點形成一層金屬熔化層，然后急速冷卻，并瞬間強固的連接在一起，解決的因結合強度不夠牢固產生嚴重“脫鈦”的問題，鉛-鈦復層金屬中的鈦有很強的耐腐蝕性能，大大增加了鉛酸電池的使用壽命。本發明制得的復合陽極能夠適合于不同工況環境下的使用要求，提高了產品的可靠性與環境適應性；在電解行業以及造船行業上有著非常重要的實際生產意義。

附圖說明

圖1為本發明的爆炸焊接安裝示意圖；

圖2為實施例1的金相圖；

圖3為實施例2的金相圖；

圖4為實施例3的金相圖。

附圖標記：1、雷管，2、炸藥，3、緩沖板Ⅱ，4、鈦板，5、支撐體，6、鉛板，7、緩沖板Ⅰ，8、鋼墊板，9、地基。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。

一種具有超薄鈦復層的鉛-鈦復合陽極的制備方法，包括以下步驟：步驟一、采用細沙平鋪一定厚度作為地基9，在地基9上放置具有平板結構的鋼墊板8，然后在鋼墊板8上平行放置緩沖板Ⅰ7；步驟二、取鉛板6，并將其放置在液氮容器中，靜置10~30min，使鉛板的初始溫度降低到液氮的沸騰溫度；步驟三、將步驟二冷卻后的鉛板6平行放置在緩沖板Ⅰ7上，，然后在鉛板6上垂直放置支撐體5；然后取鈦板4通過金屬膠粘劑平行粘貼在緩沖板Ⅱ3上，并將鈦板4放置在支撐體5上，使鈦板4與支撐體5垂直設置；步驟三、在緩沖板Ⅱ3上鋪設炸藥2，炸藥2的用量與緩沖板Ⅱ3的面積的關系為2.5~3.5g/cm²，然后在炸藥2的邊緣插入雷管1，進行起爆，制得具有超薄鈦復層的鉛-鈦復合陽極。其中爆炸焊接安裝圖如圖1所示。本發明的緩沖板Ⅰ7為橡膠板；緩沖板Ⅱ3為鋁板；支撐體5為金屬鉛。本發明將鉛板冷卻到液氮的沸騰溫度（-196℃），提高了鉛的爆炸焊接區的范圍。

為獲得良好的雙金屬爆炸焊接質量，炸藥爆速最大不超過材料的體積聲速的1.2倍，否則射流會被抑制，自清理作用消失，從而難以達到理想焊接。鉛板的體積聲速為1300m/s，鉛在常見金屬中屬的體積聲速是最低的，這就給爆炸帶來了很大的難度，而通常爆炸焊接用炸藥爆速為2000~3000m/s，要獲取爆速與鉛板體積聲速匹配、性質穩定的炸藥必須對炸藥進行重新配制。本發明在膨化硝銨炸藥中同時加入惰性添加劑氯化鈉和密度調節劑珍珠巖兩種輔料，調配成新的混合炸藥，惰性添加劑氯化鈉的大量加入能有效的降低炸藥的爆速，密度調節劑憎水珍珠巖的加入能很好的控制炸藥的密度和流散性。本發明的炸藥由膨化硝銨、氯化鈉和珍珠巖組成，炸藥的各組成原料的重量比為膨化硝銨：氯化鈉：珍珠巖=45：48：7，混合炸藥的爆速降至1300m/s左右，此時混合炸藥的松裝密度、爆速、猛度值均較合理，并具有較好的爆轟感度和傳爆性。

實施例1

將地基用細沙鋪平，在細沙地基上放置鋼墊板，確保鋼墊板平整，并且表面無污物，而后在鋼墊板上放置厚度為2mm，且長×寬為510×510mm的橡膠板，再在橡膠板上放置作為基板的鉛板，鉛板的厚度為6mm，長×寬為500×500mm，此鉛板需要在液氮容器中靜置10~30min，使鉛板的初始溫度降低到-196℃；然后在鉛板上放置鉛支撐體，將厚度為0.5mm，且長×寬為500×500mm的薄鈦板通過金屬膠粘在厚度為4mm，且長×寬為510×510mm的鋁板上，并在鉛板和薄鈦板之間放置高度為2mm的鉛支撐，然后在鋁板上部鋪設炸藥，炸藥的用量占鋁板面積的比例為3.0g/cm²，最后在炸藥邊緣插入雷管，進行起爆生產。其中，炸藥的各組成原料的重量比為膨化硝銨：氯化鈉：珍珠巖=45：48：7，混合炸藥的爆速為1300m/s。

本實施例制得的鉛-鈦復合陽極的檢測結果為：進行拉剪試驗，剪切強度為16MPa；金相觀察：見圖1所示。

實施例2

將地基用細沙鋪平，在細沙地基上放置鋼墊板，確保鋼墊板平整，并且表面無污物，而后在鋼墊板上放置厚度為2mm，且長×寬為510×810mm的橡膠板，再在橡膠板上放置作為基板的鉛板，鉛板的厚度為16mm，長×寬為500×800mm，此鉛板需要在液氮容器中靜置10~30min，使鉛板的初始溫度降低到液氮的沸騰溫度；鉛板上放置鉛支撐體，將厚度為0.3mm，且長×寬為500×800mm的薄鈦板通過金屬膠粘在厚度為4mm，且長×寬為510×810mm的鋁板上，并在鉛板和薄鈦板之間放置高度為6mm的鉛支撐，然后在鋁板上部鋪設炸藥，炸藥的用量占鋁板面積的比例為3.5g/cm²，最后在炸藥邊緣插入雷管，進行起爆生產。其中，炸藥的各組成原料的重量比為膨化硝銨：氯化鈉：珍珠巖=45：48：7，混合炸藥的爆速為1300m/s。

本實施例制得的鉛-鈦復合陽極的檢測結果為：進行拉剪試驗，剪切強度為16MPa；金相觀察：見圖2所示。

實施例3

將地基用細沙鋪平，在細沙地基上放置鋼墊板，確保鋼墊板平整，并且表面無污物，而后在鋼墊板上放置厚度為2mm，且長×寬為410×710mm的橡膠板，再在橡膠板上放置作為基板的鉛板，鉛板的厚度為12mm，長×寬為400×700mm，此鉛板需要在液氮容器中靜置10~30min，使鉛板的初始溫度降低到液氮的沸騰溫度；鉛板上放置鉛支撐體，將厚度為1.0mm，且長×寬為400×700mm的薄鈦板通過金屬膠粘在厚度為4mm，且長×寬為410×710mm的鋁板上，并在鉛板和薄鈦板之間放置高度為4mm的鉛支撐，然后在鋁板上部鋪設炸藥，炸藥的用量占鋁板面積的比例為2.5g/cm²，最后在炸藥邊緣插入雷管，進行起爆生產。其中，炸藥的各組成原料的重量比為膨化硝銨：氯化鈉：珍珠巖=45：48：7，混合炸藥的爆速為1300m/s。

本實施例制得的鉛-鈦復合陽極的檢測結果為：進行拉剪試驗，剪切強度為16MPa；金相觀察：見圖3所示。

由圖2至圖4可知，鉛-鈦復合材料的界面均具有波紋狀結構特征，且界面處形成一定厚度的擴散層，波紋狀結構比平直界面在界面接觸面積上增加50%，而且多了機械咬合作用。一般來說，波形參數大，結合區金屬的塑形變形程度大，復層與基層之間的接觸面積大，由此變形引起的金屬強化區和硬化區大，都有利于結合強度的提高。

發明通過運用爆炸焊接技術獲得冶金結合的層狀金屬復合材料，解決現有通過電鍍、噴涂、電子束焊等技術未能解決的因結合強度不夠牢固而產生的鈦層與鉛層脫落的問題。通過對鉛-鈦復合材料的發明，填補了國內鉛-鈦復合材料的空白，改善了現有爆炸技術，拓寬了鉛-鈦復合材料的厚度組合及結合面積范圍，并且提高了鉛-鈦的結合強度；并且擴大鉛鈦復合材料的應用范圍，如核反應堆及蓄電池行業都有非常廣闊的應用前景。