CN105154924B - 一种低银含量铅银合金电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低银含量铅银合金电极的制备方法，属金属材料加工处理技术领域。本发明所述方法配置液态铅银合金，在熔体熔点附近施加功率超声振荡，随炉冷却凝固，随后将样品置入液氮环境中低温冷轧，最后再对样品进行退火热处理，本发明成功制备了具有细晶特征的低银含量铅银合金，通过功率超声、冷轧及退火处理，均匀细化合金凝固组织，改善电化学性能；本发明的优点是：操作工艺简单，生产成本低，电极使用寿命长，且是一种获得均匀细晶合金组织的技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种低银含量铅银合金电极的制备方法，属金属材料加工处理技术领域。
背景技术
随着现代科学技术的不断发展，人们对电极的要求也越来越高。除了具有良好的电化学性能外，还在绿色环保、节约资源、降低能耗和提高效益等方面提出了要求，传统的制备工艺面临新的挑战。因此，开发一种新型节能型阳极材料的制备方法迫在眉睫。
铅合金电极因具有良好的电化学性能，低成本、易加工与可回收再利用等优点，已成为当今乃至以后相当长的一段时间内在湿法冶金、电化学工业中首选的电极材料。特别是在湿法电解锌、镍、铜等领域显得尤为突出，有着不可替代的地位。而铅合金电极材料性能的提高将会对该领域的技术进步，节约能源，减低能耗和提高效益等方面做出重要的贡献。为此，提高铅合金电极材料的耐蚀性、导电性、催化活性、机械强度和降低成本一直是该领域的研究热点。
而目前湿法冶金领域采用Pb-Ag二元合金电极，普遍存在银回收率低，析氧电位高，电能损耗大，电流分布不均，污染大等问题。因此，在改善上述问题的同时，寻找一种节能少污染新型铅银合金电极材料的制备方法，一直是该领域竞相发展的重大课题。P.Minárik 、R.král、B.Hadzima等的文献(P. Minárik ，R.král，B. Hadzima.SubstantiallyHigher Corrosion Resistance in AE42 Magnesium Alloy through Corrosion LayerStabilization by ECAP Treatment[J].ACTA PHYSICA，2012，122(3):614-617)研究表明，晶粒大小及组织均匀度与电极的耐蚀性、导电性和析氧电位密切相关。当晶粒细化到合适的尺寸及均匀度可明显提高电极的耐蚀性能及导电性，同时使析氧电位大幅降低，从而改善了电极的电化学综合性能。因此，可以另辟蹊径以使晶粒细化，改善组织均匀性，在降低成本的同时，提高铅银合金电极的耐蚀性能。
功率超声-冷轧-退火热处理工艺能够通过在金属或合金凝固过程中施加振动来改善其组织结构、提高力学性能。超声振动的高能量及其特殊效应，极大地提高了振动对凝固的作用效果。同时大塑性变形和退火工艺能够从根本上细化合金晶粒，加强细晶效果，拓宽调控晶粒尺寸范围，有效控制合金性能，从而可制备性能优良的阳极材料。
发明内容
本发明的目的在于提供低银含量铅银合金电极的制备方法，通过对铅银合金进行功率超声、冷轧及退火热处理细晶，得到晶粒细小均匀、催化活性强、耐蚀性能高、导电性能好的铅银合金，具体包括以下步骤：
（1）将金属铅和银混合，铅银二元合金中银的质量百分比为0.5%～1%，余量为铅；
（2）将配好的铅银合金料均匀熔化，在熔体温度达到340℃～370℃，使用超声波振动1~3min，炉冷后取出试样置入液氮环境中，然后在液氮环境下进行冷轧，冷轧过程中的总下压量为20~80%；
（3）将轧制好的样品放入电阻炉内在120℃～160℃范围内进行退火，保温1h，即得铅银合金电极。
优选的，本发明所述超声波频率为12KHz，功率为100W。
本发明的有益效果：通过引入功率超声波，通过铅银合金凝固过程中的超声细晶作用来改善其组织结构、提高电化学性能；同时大塑性变形和退火工艺能够从根本上细化合金晶粒，加强细晶效果，拓宽调控晶粒尺寸范围，有效控制合金性能；本发明操作工艺简单，生产成本低，对铅银合金的细化效果好，并且使其催化活性、耐蚀性、导电性得到显著提高。
附图说明
图1是本发明超声波制备铅银合金装置的简单示意图。
图2是实施例1和原始样品细晶组织金相图。
图3是为实施例1~3中制备的电极材料与原始铅银合金电极材料的极化曲线对比图。
图中：1-循环水系统；2-温控仪；3-换能器；4-变幅杆；5-钛合金探头；6-石墨坩埚；7-电炉板；8-活动板；9-超声波扩发器；10-超声波电源控制设备。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式，但本发明的实施方式并不只限于此。
本实施例1~3所用装置如图1所示，所述装置包括循环水系统1、温控仪2、换能器3、变幅杆4、钛合金探头5、石墨坩埚6、电炉板7、活动板8、超声波扩发器9、超声波电源控制设备10；换能器3、超声波扩发器9、超声波电源控制设备10串联；换能器3与变幅杆4连接，变幅杆4与钛合金探头5连接，钛合金探头5伸入石墨坩埚6内；温控仪2位于电炉板7上，用于测量石墨坩埚6内的温度，循环水系统1位于换能器3、超声波扩发器9、超声波电源控制设备10的外部，如图1所示。
实施例1
按照铅198g，银2g（Pb-1%Ag）的配比称取原料，将配好的铅银合金料放入石墨坩埚6中，调节加热炉进行升温至400℃，待料均匀熔融，打开循环水系统1冷却变幅杆4和钛合金探头5，设置超声波频率为12KHZ，功率为100W，在熔体温度为340℃时，将探头缓缓插入铅合金液中超声波处理1min后，升起探头，炉冷至室温；将样品置入液氮环境中，然后以20%的压下量进行冷轧；将轧制好的样品放入电阻炉内在120℃ 温度下进行退火，保温1h，随炉冷却后取出样品得到。
本实施例制备的得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为10um，电阻率2.1542µΩ·m，如图2所示，图2（a）为本实施例制备得到样品金相图，图2（b）为未施加处理的原始样品。
条件相同的情况下只进行超声处理得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为39um，电阻率为2.8232µΩ·m
条件相同的情况下只进行冷轧得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为13um，电阻率为2.304
实施例2
按照铅198g，银2g（Pb-1%Ag）的配比称取原料，将配好的铅银合金料放入石墨坩埚6中，调节加热炉进行升温至400℃，待料均匀熔融，打开循环水系统1冷却变幅杆4和钛合金探头5，设置超声波频率为12KHZ，功率为100W，在熔体温度为355℃时，将探头缓缓插入铅合金液中超声波处理2min后，升起探头，炉冷至室温；将样品置入液氮环境中，然后以60%的压下量进行冷轧。将轧制好的样品放入电阻炉内在140℃的温度下进行退火，保温1h，随炉冷却后取出样品。
本实施例制备的得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为5um，电阻率为1.8524µΩ·m。
条件相同的情况下只进行超声处理得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为31um，电阻率为2.7116µΩ·m。
条件相同的情况下只进行冷轧得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为8um，电阻率为2.4017µΩ·m。
实施例3
按照铅198.5g，银1.5g（Pb-0.75%Ag）的配比称取原料，将配好的铅银合金料放入石墨坩埚6中，调节加热炉进行升温至400℃，待料均匀熔融，打开循环水系统1冷却变幅杆4和钛合金探头5，设置超声波频率为12KHZ，功率为100W，在熔体温度为370℃时，将探头缓缓插入铅合金液中超声波处理3min后，升起探头，炉冷至室温；将样品置入液氮环境中，然后以80%的压下量进行冷轧；将轧制好的样品放入电阻炉内在160℃的温度下进行退火，保温1h，随炉冷却后取出样品。
本实施例制备的得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为3um，电阻率为1.9354µΩ·m。
条件相同的情况下只进行超声处理得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为22um，电阻率为2.7629µΩ·m。
条件相同的情况下只进行冷轧得到的铅银合金电极的性能为：晶粒尺寸为5um，电阻率为2.3329µΩ·m。
图3是为实施例1、实施例2、实施例3中制备的电极材料与原始铅银合金电极材料的极化曲线对比图，从图中可以看出，经超声波-冷轧-退火热处理得到的电极材料与原始铅银合金电极材料相比，极化电位出现了较明显的负移，催化活性大幅度提高，达到了预期节能降耗的目的。
Claims (2)
1.一种低银含量铅银合金电极的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将金属铅和银混合，铅银二元合金中银的质量百分比为0.5%～1%，余量为铅；
（2）将配好的铅银合金料均匀熔化，在熔体温度达到340℃～370℃，使用超声波振动1~3min，炉冷后取出试样置入液氮环境中，然后在液氮环境下进行冷轧，冷轧过程中的总下压量为20~80%；
（3）将轧制好的样品放入电阻炉内在120℃～160℃范围内进行退火，保温1h，即得铅银合金电极。
2.根据权利要求1所述的低银含量铅银合金电极的制备方法，其特征在于：所述超声波频率为12KHz，功率为100W。
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