CN102084035A - 支撑条及为其提供电流接受器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种为用于电解的铝支撑条（1）提供一个电流接受器（6a、6b）的方法，该电流接受器由银或银基合金制成，具有高导电性接触面。通过该电流接受器，支撑条将由一根与电解槽相连的母线（8）支撑。为使所述支撑条及其电流接受器的制造变得简单、快捷和廉价，所述方法包括以下步骤：a)对带有铝质表面的支撑条的一端进行加热并为加热后的铝表面提供一个焊料。该焊料包含一种亲氧性很高的物质，如果加热后铝表面的温度超过该焊料的熔化温度，则该焊料进入熔化状态，并扩散到预定的表面区域，这样就能将熔态的焊料加到铝表面上；b)采用一种机械处理方法破坏铝和熔态焊料之间的一个氧化层，这样氧气从铝氧化层中逸出，氧气与焊料中具有高亲氧性的物质发生反应，与该物质一起在熔态焊料表面生成一个氧化层，以及c)在铝表面区域上的焊料顶部放上一个由银或银合金制成的电流接受器，并让焊料凝固，使电流接受器牢固地附着在凝固的焊料中。本发明还涉及一种支撑条（1）。

Description

支撑条及为其提供电流接受器的方法

背景技术

本发明涉及一种为用于电解的铝支撑条的一端表面提供一个电流接受器的方法，该电流接受器由银或银基合金制成，具有高导电性接触面。通过该电流接受器，支撑条将由一根与电解槽相连的母线支撑。

本发明还涉及一种用于电解的铝支撑条，它的一端包含一个电流接受器，该接受器由银或银合金制成且具有高导电性接触面。通过该电流接受器，支撑条将由一根与电解槽相连的母线支撑。

芬兰114926号专利文献披露了一种方法，在该方法中，使用热喷涂技术在一个支撑条的一端涂上一个由银或银合金制成的一个电流接受器。该电流接受器与铝形成一个冶金结合体。热喷涂需要技能熟练的操作者。而且，就导电性和强度而言，最终结果并不特别理想，因为在铝和银之间很难形成一个导电性良好的优质冶金结合体。喷涂之前，需采用喷砂或钢丝刷清理等方法将待涂覆材料上的氧化层去掉，否则喷涂时无法获得良好的接触/结合效果。清理工作很费时，并且不一定能保证良好的最终效果。喷涂之后，可以进行短时的热处理以巩固接合效果。热处理自然增加了工作量。芬兰114926号专利文献还披露说，可以先在铝条上涂上铜，然后再涂上银或银合金。后一种程序很复杂。

芬兰114927号专利文献披露了一种方法，即在一个支撑条的一端涂上一个由银或银合金制成的一个电流接受器，该方法在一个附着在支撑条末端的铜接触块顶部进行涂层，并使用一个传递层，它与铜接触块形成一个冶金结合体。该传递层由锡或锡合金制成，并通过焊接附着到接触块上。通过焊接或热喷涂方式将电流接受器加到传递层顶部。铜接触块与铝条的接合过程增加了支撑条的制造成本。采用热喷涂方式添加电流接受器时要求技能熟练的操作者。

WO 2006/117425号出版物披露了一种方法，即在一个铝支撑条的末端加上一个银块，以此形成一个电流接受器。该方法的目的是在银块和铝之间产生一种共晶反应，但是很难将银块附着到下层铝表面上。必须分阶段加热铝条，并需在加热后、附加银块之前将产生的氧化层清除。清除（即清理）氧化层时采用研磨等方式。为了控制氧化反应，建议在一个还原性气氛中进行加热；与在大气环境中加热相比，营造还原性气氛自然需要进行特殊布置。支撑条的加热温度也没有太大的公差，所以需要有高度精确能力的操作者来进行加热。另外，必须使用一定的压力将银块压到经过加热的铝表面上，从而产生结合。建议采用点式压紧并循环重复。总而言之，该工作要求具有高度精确能力的操作者而且很费时。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种方法，该方法可以消除先前技术中存在的问题，或至少可以大大缓和这些问题。这就使得一个支撑条和一个附属电流接受器的制造变得简单、快捷和廉价。

根据本发明，本方法的特征在于： 

a) 对带有铝质表面的支撑条的一端进行加热并为加热后的铝表面提供一个焊料。该焊料包含一种亲氧性很高的物质，如果加热后铝表面的温度超过该焊料的熔化温度，则该焊料进入熔化状态，并扩散到预定的表面区域，这样就能将熔态的焊料加到铝表面上；

b) 采用一种机械处理方法破坏铝和熔态焊料之间的一个氧化层，这样氧气从铝氧化层中逸出，氧气与焊料中具有高亲氧性的物质发生反应，与该物质一起在熔态焊料表面生成一个氧化层，以及

c) 在铝表面区域上的焊料顶部放上一个由银或银合金制成的电流接受器，并让焊料凝固，使电流接受器牢固地附着在凝固的焊料中。

与铝相比，具有高亲氧性（即与氧发生反应的倾向）的物质其亲氧性必须高于铝。

最好使用一个锌基焊料，其中锌的重量百分数最好为85%到98%，铝的重量百分数最好为1%到10%。焊料中铜的重量百分数最好为0.1%到6%。可以用银代替铜。

具有亲氧性的物质最好为镁，因为当镁与氧发生反应时产生大量的热，从而促使铝发生熔化，在焊料和导电性同样很高的铝之间形成一个紧密和牢固的结合体。

根据本发明本方法的具体实施例将在所附的权利要求2到11中进行披露。

根据本发明，本方法的最重要优势在于它能够通过一个简单快捷的方式为在支撑条提供一个高导电性接触表面以及一个电流接受器。本方法足够简单明了，任何人无需特别技能即可成功操作。该方法还可以采用十分经济的方式实现。

根据本发明，支撑条的特征在于：在电流接受器和支撑条之间有一个锌基焊料，它将电流接受器附着到支撑条上。最好是将合金熔入铝中。

电流接受器最好是一个银块或一个银合金块，其厚度为0.4到2.2毫米。

根据本发明，本支撑条的具体实施例将在所附的权利要求13到15中进行披露。

根据本发明，本支撑条的最重要优势在于在使用环境中其导电性和强度非常出色，同时其实施成本也很低。

附图说明

下面，通过一个例子并引用附图以更加详尽的方式描述本发明，其中：

图1是先前技术的支撑条。

图2到4说明如何将一个电流接受器附加到一个支撑条的一端。

图5是一根完成后的支撑条。

图6是附着一个电流接受器的替代方式。

图7是布置于一根母线顶部的一个支撑条。

具体实施方式

图1为先前技术的支撑条1'。铝质支撑条的一端2'附着一个铜接触块3'。接触块3'通过摩擦焊接方式附着到铝支撑条V型坡面上。接触块3'在支撑条内形成一个凹口4' 。当图1的支撑条V用于锌电解时，将在该支撑条（阴极条）上附着一个铝阴极板（未显示），并且该阴极板下方由其支撑条支撑，放入一个电解槽（未显示）中，于是支撑条的接触块3'被置于电解槽边缘的母线（参考图7，部位8）顶部， 于是母线嵌入凹口4' ，支撑条的另一端落在一个绝缘体（未显示）顶部。接触块3'构成支撑条的一个电流接受器。接触块3'与带有一个有角横截面的母线形成两条接触线。

图2到4说明如何根据本发明制造支撑条1，更准确地说是如何制造一个电流接受器。

图2可以说是一个预成型（坯料）铝支撑条，因为它缺少一个电流接受器。预成型条的一端2带有一个凹口4，预成型凹口的斜面5a、5b上各自附有一个电流接受器，即一小块高导电性银板6a、6b或一个小型高导电性银基合金板，也可将板称为块或片。后者在图2中与支撑条分离，但在图5中结合在一起。银板6a、6b的厚度最好在0.4到2.2毫米之间，最佳为0.5到2毫米。

在图3中，参考数字7指示一个焊丝，其用法将在下文解释。

焊丝7是一个锌基合金，其中锌的重量百分数为85%到98%，铝的重量百分数为1%到10%，铜的重量百分数为0.1%到6%。另外，该焊丝含有少量的锰和镁。Techno Weld 有限公司（英国牛津郡阿斯顿伦敦西区阿斯顿工厂，邮编：OX18 2NP）出售的常用焊料可用作本焊丝。本焊料的市场出售品为棒料（称为Techno-Weld 棒）。可以用银取代焊料中含有的铜。作为Techno Weld公司产品的替代品，也可使用New Technology Products 公司（美国德克萨斯州休斯顿Post Oak大街1330号1600套房）生产的商品名为HTS-2000的丝状产品，需要遵循具体产品的使用说明书。在一根该焊丝中，锌的重量百分数约为80%，铝的重量百分数约为16%，铜的百分数约为3%。此外，焊丝中含有少量的镁，例如镁的重量百分数为0.2。根据推测锌的重量百分数最好为80%到90%，而铝的重量百分数最好为1%到20%。

板6a、6b附着到凹口4之前，首先将支撑条1（在图2中仍是一个预成型条）的一端加热到450°C左右，参考图2。由于支撑条由铝制成，而铝容易与周围的氧发生反应，包括凹口4处的点在内的支撑条表面为氧化铝。我们知道，很难将其它金属附着到氧化铝上。然而在本发明的方法中，不需要清除支撑条1凹口上的氧化物。加热温度并不严格，最好在370到550°C之间，但是也可以控制在300到600°C之间。如果温度超出260到620°C这一范围，可以预料的是无法取得预期效果。若加热到一个很高的温度则存在风险，即铝条发生熔化（铝的熔点约为660°C）。最好是通过测量支撑条一端2的温度来监视加热温度。但是，当知道焊丝7如何在支撑条一端2的加热表面上动作时，没有必要甚至也不需要测量温度。最好是采用一个气体火焰（丙烷、丁烷或乙炔火焰）进行加热，在这种情况下火炬管10不停移动，避免局部过热。也可以采用电感应或电阻进行加热。但是，感应加热的一个缺点是铝很快就熔化。相反，使用电阻加热的熔化速度很慢。但是，可以将感应加热和电阻加热用作所谓的基本加热。基本加热的目的是进行预热，当加工大量支撑条时可以加快支撑条的制造速度：使用火焰将经过电预热的支撑条加热到工作温度只需很短的时间。将电流接受器连到刚加工的一个支撑条后，再提供下一个带一个电流接受器的支撑条，该支撑条已经预热。

将焊丝7周期性地置于加热表面，并检查是否粘到下层材料上。下层材料加热后温度升高到足以熔化焊丝时，在斜面上轻轻移动焊丝，将熔态焊料涂抹到斜面5a、5b上，以此将焊料涂抹到表面5a、5b上。需要注意的是，焊料7受到下层材料加热而熔化，焊料并非由火炬管10进行加热。

在这之后，使用一个不锈钢或黄铜刷来刷涂熔态金属表面。刷涂程序很短、很简单。一般来说，刷涂两秒或三秒就足够了。由于刷涂作用，焊料下方的铝氧化层发生破碎，变成铝和氧气。焊料中所含的锰可能会促进铝氧化层的破碎。由于镁具有很高的亲氧倾向，刷涂时逸出的氧气和焊料中的镁发生反应。与铝相比，镁更容易与氧发生反应，因此可以说镁阻断了铝和氧发生反应的可能性。这一点对于从铝中放出氧气十分重要。当镁与氧反应时发生放热反应，放出热量。由于放热，局部温度会升到铝的熔点以上，所以焊料能够与下层铝表面很好地粘合。与焊料的密度相比，氧化镁的密度很低，因此它浮到焊料表面，在焊料和下层铝之间形成一个绝好的粘合体。焊料中镁的重量百分数最好至少为0.01%，建议镁的重量百分数在0.05%到0.3%之间。也可以用其它一些物质代替镁，这些物质的亲氧性比铝要高，并且与氧反应后形成一种氧化物，其密度小于焊料的密度，以便能够浮至焊料的表面。也可用一些其它机械处理方法来代替上述刷涂法，例如可以使用表面刮削。当焊料仍处于熔态时，将银块6a、6b放于焊料顶部，银块6a、6b立即与熔态焊料粘合，并在焊料凝固时牢固地附着到焊料上。参考图5，其中银块已到位。焊料凝固后，形成一个牢固而具有高导电性的结合体。在粘到铝顶部的焊料顶部之前，也可以使用焊料预涂银块6a、6b。

如果使用银合金片代替银块，银合金最好含有少量的铜。例如铜的重量百分数为5%，可以在1%到10%间变化。由于铜的存在，银块6a、6b的机械强度要比纯银制成的银块要高。另一方面，银块6a、6b中的铜稍微降低了接触面和电流接受器的耐腐蚀性和导电性。

上文已通过一个例子对本发明进行了描述，因此应当指出的是，在所附的权利要求范围内可以通过多种方式实施本发明的细节。因此，没有必要一定使用银或银合金块，可以使用替代物。可以通过在焊料顶部进行热喷银或银合金的方式提供电流接受器；在这种情况下，喷涂前焊料已经凝固。喷涂见图6。在这种情况下，使用热喷方式提供电流接受器来代替银块或银合金块，电流接受器处在顶层。在热喷过程中，例如可以利用一种基于气体燃烧的技术。在高速氧燃料喷涂中，借助于一种运载气体将涂层材料（银或银质合金）以粉末形式送入一个喷雾枪9内。涂层材料在喷雾枪的一个燃烧室内发生熔化，引导熔态涂层材料向需要涂层的目标移动。在普通火焰喷涂中，燃烧气体和氧气的混合物燃烧时，最初以粉状或丝状形式存在的涂层材料发生熔化。借助于压缩空气将熔态的涂层材料吹到目标上。此处将不再进一步详述热喷涂，因为该方法本身已被该行业的高技能水平人士所熟知。与使用银块或银合金块相比，热喷涂的一个缺点是热喷涂很难操作，但最终效果很好。热喷涂的一个优势在于，几乎可以喷出具有任何几何形状的涂层块。

Claims (15)

1. 一种为用于电解的铝支撑条（1）的一端表面（2）提供一个电流接受器（6a、6b）的方法，该电流接受器由银或银基合金制成，具有高导电性接触面，通过该电流接受器，支撑条将由一根与电解槽相连的母线（8）支撑，其特征在于：

a) 加热带有一个铝表面的支撑条（1）的一端（2），铝表面温度超过焊料的熔化温度后将一个含有高亲氧性物质的焊料（7）加到受热的铝表面上，将熔态焊料（7）涂抹到预定的表面区域顶部，以此将熔态焊料涂到表面上；

b) 采用一种机械处理方法破坏铝和熔态焊料之间的一个氧化层，这样氧气从铝氧化层中逸出，氧气与焊料（7）中具有高亲氧性的物质发生反应，与该物质一起在熔态焊料表面生成一个氧化层，以及

c) 在铝表面区域上的焊料（7）顶部放置一个由银或银合金制成的电流接受器（6a、6b）并让焊料凝固，使电流接受器牢固地附着在凝固的焊料中。

2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于：使用锌基焊料（7）作为焊料。

3.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于：使用锌基焊料（7）作为焊料，其中锌的重量百分数为85%到98%，铝的重量百分数为1%到10%。

4.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于：使用锌基焊料（7），其中锌的重量百分数为80%到98%，铝的重量百分数为1%到20%，铜的重量百分数为0.1%到6%。

5.如权利要求1到4中任何一项所述的一种方法，其特征在于：使用锌基焊料（7），其中所含的高亲氧性物质为镁。

6.如权利要求2到5中任何一项所述的一种方法，其特征在于：使用含有锰的锌基焊料（7）。

7.如权利要求1到6中任何一项所述的一种方法，其特征在于：在步骤a)中将带有一个铝表面的支撑条（1）的一端（2）加热到370至550°C。

8.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于：通过刷涂方式破坏铝和焊料（7）之间形成的氧化层。

9.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于：当焊料处于熔态时，将电流接受器（6a、6b）置于与焊料（7）发生反应的表面区域顶端。

10.如权利要求9所述的一种方法，其特征在于：使用一个银块或一个银合金块作为电流接受器，其厚度为0.4到2.2毫米。

11.如权利要求1到8中任何一项所述的一种方法，其特征在于：通过热喷方式将电流接受器置于与焊料（7）发生反应的表面区域顶端。

12.用于电解的一种铝支撑条（1），它的一端（2）含有一个由银或银合金制成的电流接受器（6a、6b），该电流接受器具有一个高导电性接触表面，支撑条通过该电流接受器由一个与电解槽相连的一根母线（8）支撑，其特征在于：在电流接受器（6a、6b）和支撑条（1）之间提供一个锌基焊料，其作用是将电流接受器（6a、6b）和支撑条粘在一起。

13.如权利要求12所述的一种支撑条，其特征在于：焊料中锌的重量百分数为80%到98%，铝的重量百分数为1%到20%。

14.如权利要求13所述的一种支撑条，其特征在于：合金中含有镁。

15.如权利要求12所述的一种支撑条，其特征在于：电流接受器（6a、6b）为一个银块或一个银合金块，其厚度为0.4到2.2毫米。

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