一種低銀含量鉛銀合金電極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發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領域。
【背景技術】
[0002]隨著現代科學技術的不斷發展，人們對電極的要求也越來越高。除了具有良好的電化學性能外，還在綠色環保、節約資源、降低能耗和提高效益等方面提出了要求，傳統的制備工藝面臨新的挑戰。因此，開發一種新型節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性能，低成本、易加工與可回收再利用等優點，已成為當今乃至以后相當長的一段時間內在濕法冶金、電化學工業中首選的電極材料。特別是在濕法電解鋅、鎳、銅等領域顯得尤為突出，有著不可替代的地位。而鉛合金電極材料性能的提高將會對該領域的技術進步，節約能源，減低能耗和提高效益等方面做出重要的貢獻。為此，提高鉛合金電極材料的耐蝕性、導電性、催化活性、機械強度和降低成本一直是該領域的研究熱點。
[0004]而目前濕法冶金領域采用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，尋找一種節能少污染新型鉛銀合金電極材料的制備方法，一直是該領域競相發展的重大課題。P.Mindirik、R.krcil、B.Hadzima 等的文獻(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、導電性和析氧電位密切相關。當晶粒細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電性，同時使析氧電位大幅降低，從而改善了電極的電化學綜合性能。因此，可以另辟蹊徑以使晶粒細化，改善組織均勻性，在降低成本的同時，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來改善其組織結構、提尚力學性能。超聲振動的尚能量及其特殊效應，極大地提尚了振動對凝固的作用效果。同時大塑性變形和退火工藝能夠從根本上細化合金晶粒，加強細晶效果，拓寬調控晶粒尺寸范圍，有效控制合金性能，從而可制備性能優良的陽極材料。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供低銀含量鉛銀合金電極的制備方法，通過對鉛銀合金進行功率超聲、冷乳及退火熱處理細晶，得到晶粒細小均勾、催化活性強、耐蝕性能高、導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，在熔體溫度達到340°C?370°C，使用超聲波振動l~3min，爐冷后取出試樣置入液氮環境中，然后在液氮環境下進行冷乳，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在120°C?160°C范圍內進行退火，保溫lh，即得鉛銀合金電極。
[0007]優選的，本發明所述超聲波頻率為12KHz，功率為100W。
[0008]本發明的有益效果:通過引入功率超聲波，通過鉛銀合金凝固過程中的超聲細晶作用來改善其組織結構、提高電化學性能；同時大塑性變形和退火工藝能夠從根本上細化合金晶粒，加強細晶效果，拓寬調控晶粒尺寸范圍，有效控制合金性能；本發明操作工藝簡單，生產成本低，對鉛銀合金的細化效果好，并且使其催化活性、耐蝕性、導電性得到顯著提尚O
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明超聲波制備鉛銀合金裝置的簡單示意圖。
[0010]圖2是實施例1和原始樣品細晶組織金相圖。
[0011]圖3是為實施例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比圖。
[0012]圖中:1_循環水系統；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_活動板；9_超聲波擴發器；10_超聲波電源控制設備。
【具體實施方式】
[0013]以下結合技術方案詳細敘述本發明的【具體實施方式】，但本發明的實施方式并不只限于此。
[0014]本實施例1~3所用裝置如圖1所示，所述裝置包括循環水系統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、活動板8、超聲波擴發器9、超聲波電源控制設備10 ;換能器3、超聲波擴發器9、超聲波電源控制設備10串聯；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；溫控儀2位于電爐板7上，用于測量石墨坩禍6內的溫度，循環水系統I位于換能器3、超聲波擴發器9、超聲波電源控制設備10的外部，如圖1所示。
[0015]實施例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，調節加熱爐進行升溫至400°C，待料均勻熔融，打開循環水系統I冷卻變幅桿4和鈦合金探頭5，設置超聲波頻率為12KHZ，功率為100W，在熔體溫度為340°C時，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；將樣品置入液氮環境中，然后以20%的壓下量進行冷乳；將乳制好的樣品放入電阻爐內在120°C溫度下進行退火，保溫lh，隨爐冷卻后取出樣品得到。
[0016]本實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，調節加熱爐進行升溫至400°C，待料均勻熔融，打開循環水系統I冷卻變幅桿4和鈦合金探頭5，設置超聲波頻率為12KHZ，功率為100W，在熔體溫度為355°C時，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；將樣品置入液氮環境中，然后以60%的壓下量進行冷乳。將乳制好的樣品放入電阻爐內在140°C的溫度下進行退火，保溫lh，隨爐冷卻后取出樣品。
[0020]本實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，調節加熱爐進行升溫至400°C，待料均勻熔融，打開循環水系統I冷卻變幅桿4和鈦合金探頭5，設置超聲波頻率為12KHZ，功率為100W，在熔體溫度為370°C時，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；將樣品置入液氮環境中，然后以80%的壓下量進行冷乳；將乳制好的樣品放入電阻爐內在160°C的溫度下進行退火，保溫lh，隨爐冷卻后取出樣品。
[0024]本實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是為實施例1、實施例2、實施例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比圖，從圖中可以看出，經超聲波-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，極化電位出現了較明顯的負移，催化活性大幅度提高，達到了預期節能降耗的目的。
【主權項】
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，在熔體溫度達到340°C?370°C，使用超聲波振動l~3min，爐冷后取出試樣置入液氮環境中，然后在液氮環境下進行冷乳，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在120°C?160°C范圍內進行退火，保溫lh，即得鉛銀合金電極。2.根據權利要求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領域。本發明所述方法配置液態鉛銀合金，在熔體熔點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境中低溫冷軋，最后再對樣品進行退火熱處理，本發明成功制備了具有細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，均勻細化合金凝固組織，改善電化學性能；本發明的優點是：操作工藝簡單，生產成本低，電極使用壽命長，且是一種獲得均勻細晶合金組織的技術。
【IPC分類】C25C7/02
【公開號】CN105154924
【申請號】CN201510422405
【發明人】周生剛, 張俊, 張喆, 竺培顯
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月20日