專利名稱：電解二氧化錳用鈦合金陽極材料及用此材料制造的鈦合金陽極的制作方法
技術領域：
本發明屬于電解二氧化錳生產技術領域，具體涉及一種電解二氧化錳用鈦合金陽 極材料及用此材料制造的鈦合金陽極。
背景技術：
電解二氧化錳是生產高性能干電池不可缺少的重要原料。由于純鈦在電解二氧 化錳時所具有的耐蝕性，用純鈦制作的鈦陽極在電解二氧化錳生產中得到了大量的應用， 但純鈦陽極易產生鈍化現象，且鈍化膜不斷增厚，導電性能迅速下降，電解過程無法繼續進 行。為了克服純鈦陽極易產生鈍化的缺陷，有人提出在純鈦金屬表面噴涂貴金屬以改善其 抗鈍化效果，但涂層易脫落，使用壽命短，加工成本高，實用價值不高。鈦錳合金制作的陽極 雖然提高了抗鈍化效果，降低了電耗，但由于該材料塑性差，無法加工成板材，且由于電解 二氧化錳生產過程中需要一定強度的敲擊，即使加工成棒材也極易脆斷，因此難以在電解 二氧化錳生產中得到大量的應用。
發明內容
本發明解決的技術問題提供一種電解二氧化錳用鈦合金陽極材料及用此材料制 造的鈦合金陽極，以克服純鈦陽極及鈦錳合金陽極存在的缺陷，滿足電解二氧化錳生產的需求。本發明的技術解決方案電解二氧化錳生產中要求陽極材料耐蝕性能好，具有較 好的化學穩定性；導電性能強，陽極不易鈍化；機械強度高，易成型；電解時產品附著牢固， 剝離時易脫落；成本低。本發明通過在純Ti中添加少量M元素和狗元素制備成Ti-Ni-Fe 合金，在提高合金抗鈍化性能的同時又不降低其耐蝕性，同時具備足夠的強度和韌性和優 良的機械加工性能，使之加工成波紋狀板材。且采用所述Ti-Ni-狗合金制作的陽極板在電 流密度較大時也不易產生鈍化現象，提高了生產效率，減小了能耗，降低了成本。鎳的標準電位比鈦正，作為活性元素加入，使固溶體的晶格常數變小，使得氧擴 散和滲透過程變緩，阻礙不導電層的生長，Ti2Ni表層不生長鈍化膜，又是面心立方結構，具 有高電導率。本發明通過添加合金元素鎳，析出大量彌散細小的Ti2M粒子，能通過很大的 電流密度而不生成鈍化膜，提高了合金的抗鈍化性。另外，Ti2M相的化學性質十分穩定，它 在高溫稀硫酸中腐蝕電位高于純鈦，使合金的穩定性增強，提高了合金的耐蝕性。Ti2M的 大量彌散析出可顯著提高抗鈍化性和耐蝕性。鐵元素添加后，與鈦形成β型固溶體，在電解過程中作陽極時，表面上的鐵與氧 氣結合生成氧化鐵，由于生成多孔性疏松結構的氧化鐵代替了結構致密的氧化鈦，使鈦表 面上致密的氧化層破壞，鈦合金氧化膜自行溶解。鐵的添加，能夠顯著地提高合金的抗鈍化 性能，降低電解時槽電壓，提高電解時的電流密度。當鐵含量增多，會導致合金的脆性增加， 韌性下降，降低合金的加工性能；在熔煉鑄錠時，鐵的添加量不宜多。
本發明由下述成份組成(重量百分比)Ni 0.5-5.0，Fe 0. 2-1.0, N < 0.01, H < 0. 001,0 < 0. 06，余量為Ti及不可避免的雜質。較佳的成份組成(重量百分比)=Ni1. 0-2. 5，Fe 0. 3-0. 6，N < 0. 01，H < 0. 001， 0 < 0. 06，余量為Ti及不可避免的雜質。最佳的成份組成(重量百分比)=Ni1. 2-2. 2，Fe 0. 4-0. 5，N < 0. 01，H < 0. 001， 0 < 0. 06，余量為Ti及不可避免的雜質。采用上述材料制造的電解二氧化錳用鈦合金陽極，具有鈦合金陽極板(11)和導 電梁(12)。所述導電梁(12)由導電梁罩殼(3)、鈦銅導電梁⑶及加重梁(9)組成，鈦銅 導電梁⑶及加重梁(9)均位于導電梁罩殼(3)內，且鈦銅導電梁⑶位于加重梁(9)的 下方；導電梁罩殼C3)外套裝有卡箍( 及吊鉤(6)，吊桿O)的上端分別固定連接在卡箍 (5)及吊鉤(6)的下端，吊桿⑵的下端分別固定連接在鈦合金陽極板(11)的上端，且卡箍 (5)位于兩個吊鉤(6)之間。所述鈦合金陽極板(11)由下連接筋板(10)、鈦合金波紋板(1 及上連接筋板 (1)構成，鈦合金波紋板(1 的兩面具有相互對稱的縱向波紋，下連接筋板(10)固定在鈦 合金波紋板(1 的下端，上連接筋板(1)固定在鈦合金波紋板(1 的上端，吊桿O)的 下端分別固定連接在上連接筋板(1)的上端面。所述導電梁罩殼(3)為矩形鈦罩殼，加重梁(9)為矩形鋼粱，鈦銅導電梁⑶由矩 形銅芯(14)和包覆矩形銅芯(14)的矩形鈦殼體(7)構成，且矩形鈦殼體(7)焊接在導電 梁罩殼(3)的內壁上。本發明與現有技術相比具有的優點和效果1、本發明所述陽極材料耐蝕性能好，具有較好的化學穩定性，抗鈍化性好，且導電 性能強，機械強度高，易成型，成本低。2、本發明所述鈦合金陽極板不易鈍化，且能有效降低電解時槽電壓，提高電解時 的電流密度。3、本發明所述鈦合金陽極板采用波紋狀結構，增加了單位表面積，提高了電流密 度，易實現大規模生產和機械化剝離，電解時產品附著牢固，剝離時易脫落，成本低。4、本發明所述鈦合金陽極板的導電梁由鋼加重梁和鈦銅導電梁組成，不但承載 大，導電性能好，而且加重梁和鈦銅導電梁均位于鈦罩殼內，抗腐蝕。
圖1為本發明的結構主視圖，圖2為圖1的A-A剖視圖，圖3為本發明的結構右視圖，圖4為本發明導電梁的結構剖視圖。
具體實施例方式下面結合附圖1、2、3、4描述本發明的一種實施例。實施例1 電解二氧化錳用鈦合金陽極材料由下述重量百分比的成份組成Ni 1. 3，Fe 0. 45，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量為 Ti 及不可避免的雜質。
制備工藝按上述鈦合金成份組成配比原料，并將原料混合后壓制成自耗電極，將 自耗電極在真空電弧爐中熔煉成鈦合金鑄錠，再采用冷軋退火工藝軋制成厚度δ 1. 3mm的 鈦合金板材備用。將備用的鈦合金板材模壓制成兩面具有相互對稱的縱向波紋的鈦合金 波紋板。實施例2 電解二氧化錳用鈦合金陽極材料由下述重量百分比的成份組成Ni
1.8，Fe 0. 5，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量為 Ti 及不可避免的雜質。制備工藝與實施例1相同。實施例3 電解二氧化錳用鈦合金陽極材料由下述重量百分比的成份組成Ni
2.3，Fe 0. 6，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量為 Ti 及不可避免的雜質。制備工藝與實施例1相同。實施例4 電解二氧化錳用鈦合金陽極材料由下述重量百分比的成份組成Ni 1. 0，Fe 0. 3，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量為 Ti 及不可避免的雜質。制備工藝與實施例1相同。實施例5 電解二氧化錳用鈦合金陽極材料由下述重量百分比的成份組成Ni
3.5，Fe 0. 75，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量為 Ti 及不可避免的雜質。制備工藝與實施例1相同。實施例6 電解二氧化錳用鈦合金陽極材料由下述重量百分比的成份組成Ni
4.3，Fe 0. 9，N < 0. 01，H < 0. 001,0 < 0. 06，余量為 Ti 及不可避免的雜質。制備工藝與實施例1相同。所述鈦合金板材的維氏硬度HV5/30S為
錠號試驗1試驗2試驗3實施例1178204193實施例2158158158實施例3164165166實施例4181199190實施例5159156157實施例6165167168所述鈦合金板材的室溫拉伸性能為
錠號縱向橫向Rm(MPa)Rp (MPa)A50%Rm(MPa)Rp (MPa)A50%實施例153036518.053043017. 0實施例249532514.049538514. 5實施例351030015.054542018. 0實施例452035017. 052042516. 0實施例550033016. 050539515. 0實施例651535517.052541017. 5 采用上述材料制造的電解二氧化錳用鈦合金陽極具有鈦合金陽極板11和導電梁 12，所述導電梁12由矩形鈦導電梁罩殼3、矩形鈦銅導電梁8及矩形鋼加重梁9組成，矩形鈦銅導電梁8及矩形鋼加重梁9均位于矩形鈦導電梁罩殼3內，且矩形鈦銅導電梁8位于 矩形鋼加重梁9的下方；矩形鈦銅導電梁8由矩形銅芯14和包覆矩形銅芯14的矩形鈦殼 體7構成，且矩形鈦殼體7焊接在矩形鈦導電梁罩殼3的內壁上。矩形鈦導電梁罩殼3外 套裝有鈦卡箍5及鈦吊鉤6，鈦吊桿2的上端分別固定連接在三個鈦卡箍5及兩個鈦吊鉤6 的下端，且鈦吊桿2上端與鈦吊鉤6下端的連接處通過三角形鈦筋板4加固。所述鈦合金 陽極板11由下連接筋板10、鈦合金波紋板13及上連接筋板1構成，鈦合金波紋板13的兩 面具有相互對稱的縱向波紋，下連接筋板10固定在鈦合金波紋板13的下端，上連接筋板1 固定在鈦合金波紋板13的上端，鈦吊桿2的下端分別固定連接在上連接筋板1的上端面， 且鈦卡箍5位于兩個鈦吊鉤6之間。所述鈦合金陽極板的使用方法與純鈦陽極板基本相同。所述鈦合金陽極板在常規工業條件下采用60A/m2電流密度電解二氧化錳，槽電壓 可穩定在2. 5-2. 7V以內。采用80A/m2電流密度電解二氧化錳，槽電壓可穩定在2. 6-2. 8V 以內。采用120A/m2電流密度電解二氧化錳，槽電壓可穩定在2. 7-3. OV以內。
權利要求
1.一種電解二氧化錳用鈦合金陽極材料，其特征是所述材料由下述重量百分比的成份 組成:Ni 0. 5-5. 0，Fe 0. 2-1. 0，N < 0. 01，H < 0. 001，0 < 0. 06，余量為 Ti 及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的電解二氧化錳用鈦合金陽極材料，其特征是所述材料由下述 重量百分比的成份組成Ni 1.0-2. 5，Fe 0. 3-0. 6，N < 0. 01，H < 0. 001，0 < 0. 06，余量為 Ti及不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的電解二氧化錳用鈦合金陽極材料，其特征是所述材料由下述 重量百分比的成份組成Ni 1.2-2. 2，Fe 0. 4-0. 5，N < 0. 01，H < 0. 001，0 < 0. 06，余量為 Ti及不可避免的雜質。
4.一種電解二氧化錳用鈦合金陽極，具有鈦合金陽極板(11)和導電梁(12)，其特征 是所述導電梁(1 由導電梁罩殼(3)、鈦銅導電梁⑶及加重梁(9)組成，鈦銅導電梁 ⑶及加重梁(9)均位于導電梁罩殼(3)內，且鈦銅導電梁⑶位于加重梁(9)的下方；導 電梁罩殼⑶外套裝有卡箍(5)及吊鉤(6)，吊桿⑵的上端分別固定連接在卡箍(5)及吊 鉤(6)的下端，吊桿O)的下端分別固定連接在鈦合金陽極板(11)的上端，且卡箍(5)位 于兩個吊鉤(6)之間。
5.根據權利要求4所述的電解二氧化錳用鈦合金陽極，其特征是所述鈦合金陽極板 (11)由下連接筋板(10)、鈦合金波紋板(1 及上連接筋板(1)構成，鈦合金波紋板(13) 的兩面具有相互對稱的縱向波紋，下連接筋板(10)固定在鈦合金波紋板(1 的下端，上連 接筋板(1)固定在鈦合金波紋板(1 的上端，吊桿( 的下端分別固定連接在上連接筋板 (1)的上端面。
6.根據權利要求4或5所述的電解二氧化錳用鈦合金陽極，其特征是所述導電梁罩 殼(3)為矩形鈦罩殼，加重梁(9)為矩形鋼粱，鈦銅導電梁(8)由矩形銅芯(14)和包覆矩 形銅芯(14)的矩形鈦殼體(7)構成，且矩形鈦殼體(7)焊接在導電梁罩殼(3)的內壁上。
全文摘要
一種電解二氧化錳用鈦合金陽極材料，由下述重量百分比的成份組成Ni 0.5-5.0，Fe 0.2-1.0，N＜0.01，H＜0.001，0＜0.06，余量為Ti及不可避免的雜質。用此材料制造的鈦合金陽極由鈦合金陽極板和導電梁構成，所述導電梁由導電梁罩殼、鈦銅導電梁及加重梁組成，鈦銅導電梁及加重梁均位于導電梁罩殼內，且鈦銅導電梁位于加重梁的下方；導電梁罩殼外套裝有卡箍及吊鉤，吊桿的上端分別固定連接在卡箍及吊鉤的下方，吊桿的下端分別固定連接在鈦合金陽極板的上端，且卡箍位于兩個吊鉤之間。本發明所述陽極材料耐蝕性能好，具有較好的化學穩定性，抗鈍化性好，且導電性能強，機械強度高，易成型，成本低。本發明所述鈦合金陽極板不易鈍化，且能有效降低電解時槽電壓，提高電解時的電流密度。
文檔編號C25B11/02GK102094137SQ201110058020
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月8日 優先權日2011年3月8日
發明者劉紅, 和平志, 孟覺明, 宋文君, 董長升, 郭建華 申請人:寶鈦特種金屬有限公司