CN1406289A - 制造电极的方法和一种电极 - Google Patents

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Abstract

一种用于金属电解的电极的制造方法，在该方法中，电极的板元件(2)连接到也用作电导体的吊杆(1)上，板元件(2)通过扩散连接连接到吊杆(1)上。本发明也涉及一种电极。

Description

制造电极的方法和一种电极
本发明涉及根据权利要求1前序部分制造电极的方法。本发明也涉及根据权利要求10的电极。
在金属的电解中，有一种方法长期以来对于人们来说是公知的，即，使用在开始时独立长在模板上的种板。使用这种由与将在电解中沉淀的金属相同的金属，例如铜组成的种板作为电极，特别是作为阴极的方法正在逐渐被淘汰，特别是在新的投资中。许多新的电解工厂已经采用带有通常由耐酸钢或钛制备的板状元件的永久阴极。
永久阴极可根据许多不同的方法进行制造，其中主要的区别在于阴极吊杆的结构和板元件在吊杆上的固定。因为吊杆也起电导体的作用，所以它们的制造应该使得功率损失减到最小。
在先有技术中，在阴极吊杆的制造中，已有几种已知的不同方式用于实现铜和另一种金属的连接。在吊杆结构和板元件与吊杆的连接中，所存在的问题是为了将大电量传导到板元件上，吊杆必须含有足够量的高导电性物质，如铜，因为通常用作板元件的耐酸钢的导电性差，由此将其作为唯一的吊杆物质是不可能的。在市场上有一种已知的构件，其吊杆全部是铜，通过使用一个特种合金丝状电极而在其上焊接有由耐酸钢制成的板元件。这种装置的一个缺点是所需的特种钢焊接与阴极其他部分的抗腐蚀性不同。另一个缺点是，由于所述吊杆柔软，所以铜条容易变形，尤其是当所用的阴极重量较大时。先有技术还有另一个缺点，即，难以足够牢固地将独立的吊耳(当前永久阴极的高级材料加工中所需的结构)连接到吊杆的上面。
本发明的目的在于实现一种用于制造电极，尤其是阴极的方法，借此可以克服已知装置存在的缺点。本发明的一个目的在于实现一种将用作导电轨的铜条和由精炼钢制成的阴极板元件连接在一起的方法，由此获得优良的电接触，同时也足以承载由其上的阴极板和将要电解的物质所产生的负载。本发明的目的还在于获得一种具有优良导电能力的连接，其甚至在连续的腐蚀条件下也能得以保持。
本发明的特征在后面的权利要求中的明确说明。
本发明的方法具有几个显著的优点：通过所述方法，获得从导电轨到阴极板电力的平均分布；在阴极板制造中不再需要焊接工序；与焊接方法相比较，连接方法很容易实现自动操作；通过在钢表面施加镍层，可以防止从奥氏体(austenitic)不锈钢向铜的镍损失，其将会使钢变脆；通过在铜表面和镀镍钢板的接合面施用一层铜焊剂而使连接活化；通过使用活化剂，可以降低连接温度并因此降低结合区产生的热应力。根据本发明的一个优选实施方案，当所使用吊杆是一个成型块时，可以获得具有足够硬度的经济而耐久的结构。
在本申请中，术语″铜″除了指由铜制成的物体外，还指含铜量基本上为至少50％的合金材料。在本申请中，术语″不锈钢″主要指奥氏体合金钢，如不锈钢和耐酸钢。
下面参考附图更详细地阐明本发明，其中：
图1示出了加热步骤前的本发明连接结构，
图2示出了加热步骤前本发明的另一个连接结构，和
图3示出了加热步骤前本发明的第三种连接结构，
图4示出本发明的一个电极，和
图5示出本发明电极的详细图，以沿图1的V-V线的横截面的方向表示。
本发明涉及用于金属电解中的电极的制造方法，其中电极板元件2连接到吊杆1上，其也起电导体的作用。根据本发明，板元件2通过扩散连接连接到吊杆1上，通常板元件2在其上部，至少是沿着其全长方向连接到吊杆上。图1，2和3是加热步骤前形成连接的方法的不同实施方案简图。在形成连接前，在板元件2和吊杆1的接合面之间提供至少一个中间层3，4，5。在即将连接到一起的板元件2和吊杆1的接合面之间，向板元件2的接合面上或相对于所述表面提供第一中间层3，在吊杆1的接合面上或相对于所述表面提供至少一个第二中间层4，将含有中间层的接合面压在一起，并且在所述方法中，至少将结合区加热。所使用的吊杆1通常是铜条或基本上主要由铜组成的铜合金棒。所使用的电极板元件2由精炼钢组成，优选由奥氏体铬/镍钢组成。第一中间层3主要含有镍(Ni)或铬(Cr)，或其合金或混合物。第二中间层4由一种熔点比即将连接的物体的熔点低的活化剂组成。第二中间层4主要含有银(Ag)和/或锡(Sn)，或含有为一种合金或混合物的银和铜(Ag+Cu)，铝和铜(Al+Cu)或锡和铜(Sn+Cu)。
图1以横截面的形式示出热处理前本发明连接方法的实施方案。基本上由铜组成的吊杆1和由不锈钢组成的板元件2借此连接在一起。在两个物体的连接中，设置有中间层。相对于钢放置的中间层3主要含有镍(Ni)。另外，当形成连接时，使用一种所谓的活化剂4是有利的，其在实施例中为锡(Sn)。锡起活化剂的作用并能使形成连接所需的温度降低。
中间层3可以通过单独的处理在板元件2的表面上形成。当用镍作为中间层3时，该层可以通过，例如电解形成。通常进行镀镍是为了使不锈钢表面上提供的钝化层对不锈钢和镍之间的接合面上的物质传递不存在任何障碍。中间层3也可以以箔的形式施用。
在将要连接到一起的物体1，2的接合面上，形成一种扩散连接6(图5)，它一方面是镍扩散的结果，另一方面是铜和钢制构件扩散的结果。扩散连接的形成和在其中形成的结构通过应用的制造条件和希望的连接所要求的非常薄的铜焊剂层进行活化，或通过置于镀镍钢板和铜的接合面上的几个铜焊剂层的结合而进行活化。
所使用铜焊剂和扩散活化剂是银铜合金，和纯的或呈特定夹层结构的锡。在700-850℃的温度范围内可以获得机械强度高的连接。选择热处理时间以避免在最终连接中形成易碎的金属间相。选择铜焊剂厚度以及热处理温度和持续时间以在钢表面上形成高镍含量的合金从而防止镍从钢上损失。低连接温度的一个优点是在结合区中产生的热应力会减到最小。
图2示出热处理前本发明连接方法的另一个实施方案。基本上由铜组成的吊杆1和由不锈钢组成的板元件2借此连接在一起。在两个物体的连接中，设置有中间层3，4，5。相对于钢放置的中间层3主要含有镍(Ni)。另外，当形成连接时，使用一种所谓的活化剂4是有利的，其在实施例中为锡(Sn)。锡起活化剂的作用并能使形成连接所需的温度降低。除了锡层外，连接还含有由另一个提供于锡层4和镍层3之间的铜焊剂制成的第三中间层5。在一个优选实施方案中，该层由一种Ag+Cu铜焊剂组成，其呈箔的形式是有利的。根据一个优选实施方案，第二铜焊剂层含有71％的Ag和29％的铜，优选其在一个共晶组成中。对于给定的合金组成，铜焊剂具有含铜共晶组成是有利的。结合区在一步中进行加热。根据本发明方法的一个优选实施方案，第二中间层4被置于第三中间层5的表面上。通常，然而并非必须，至少一个中间层3，4，5以箔的形式被带到结合区。中间层4，5中使用的铜焊剂和扩散活化剂可以是银铜合金，和或者呈纯的形式或者呈特定夹层结构的锡。在600-850℃的温度范围内可以获得机械强度高的连接。选择热处理时间以避免在最终连接中形成易碎的金属间相。选择铜焊剂厚度以及热处理温度和持续时间以在钢表面上形成高镍含量的合金从而防止镍从钢上损失。低连接温度的一个优点是在结合区中产生的热应力会减到最小。
图3示出加热吊杆和板元件前本发明连接方法的又一个实施方案。其中，在第三中间层5的两个表面或相对于该表面处提供一个第二中间层4。在该实施方案中，一般可以使用夹层箔，其中该箔的一个或两个表面用，例如锡进行处理。
该方法中使用的中间层的厚度可以变化。用作第一中间层3的镍层的厚度一般为2-50μm。电解后，它一般为2-10μm，作为20-50μm等级的箔。用作第三中间层5的Ag或Ag+Cu箔的厚度一般为10-500μm，优选20-100μm。用作第二中间层4的箔的厚度一般取决于第三中间层5的厚度，其为第三中间层厚度的，例如10-50％。通过在50μm厚的Ag+Cu铜焊剂箔表面上施用例如5-10μm的锡层可获得非常优质的连接。锡层可以通过，例如将箔形铜焊剂浸于液态锡中而形成，必要时，随后通过将该箔辗滚至平滑。
实施例I
将耐酸钢(AISI 316)和铜(Cu)连接在一起。在钢接合面上，提供厚度为7μm的镍(Ni)层作为第一中间层，使用具有共晶组成，包含71wt％的Ag和29wt％的Cu的Ag+Cu铜焊剂作为扩散活化剂和铜焊剂。该铜焊剂呈箔的形式，厚度为50μm，在箔的表面也形成一个厚度为5-10μm的锡(Sn)层。把将要连接在一起的物体彼此相对放置，以使箔位于接合面之间。将物体压在一起，加热结合区到铜焊剂的熔点以上，直到约800℃的温度。保持大约10分钟的时间。根据该实施例完成的连接非常牢固。所得结果为一冶金紧密连接，具有极好的导电性能。
因此，本发明也涉及一种特别用于金属电解工厂的电极，所述电极含有吊杆2和连接到所述吊杆上的板元件1。根据本发明的电极，其特征在于板元件1通过扩散连接6(图5)连接到吊杆2上。板元件1基本上沿着其全长方向连接到吊杆2上是有利的。
至少相对于板元件2的吊杆1的表面主要由铜或铜合金制成。一般板元件2由精炼钢组成，特别是耐酸钢。根据本发明电极的一个优选实施方案，吊杆1含有一个凹槽或类似的结构，从那里，板元件2的相应部分嵌入其中。
根据一个优选实施方案，本发明的电极为永久阴极。这些通常用于铜的电解中。
在本发明的电极中，很容易提供运输过程中使用的悬挂元件8。所述悬挂元件8可以通过例如紧固方式，如螺钉或铆钉连接到元件9上，该元件9伸长到与上述吊杆平齐的板元件上。悬挂方式也可以通过元件9延伸到板元件2的吊杆上形成。

Claims (16)

1.一种用于金属电解的电极的制造方法，在该方法中，电极的板元件(2)连接到也用作电导体的吊杆(1)上，其特征在于所述板元件(2)通过扩散连接连接到吊杆(1)上。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于板元件(2)在其上部，至少沿着其全长方向连接到吊杆(1)上。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于形成连接之前，在板元件(2)和吊杆(1)的接合面之间设置有至少一个中间层(3，4，5)。
4.根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于所使用的吊杆(1)为铜条或主要由铜组成的铜合金棒。
5.根据权利要求1-4任一项的方法，其特征在于所使用的电极的板元件(2)由精炼钢组成。
6.根据权利要求1-5任一项的方法，其特征在于在即将连接到一起的板元件和吊杆的接合面之间，向板元件(2)的接合面或相对于所述表面上设置第一中间层(3)，在吊杆(1)的接合面或相对于所述表面上设置一个第二中间层(4)，然后将含有中间层的接合面压在一起，并且在该方法中至少将结合区加热。
7.根据权利要求1-6任一项的方法，其特征在于第一中间层(3)主要由镍(Ni)或铬(Cr)或其合金或混合物组成。
8.根据权利要求1-7任一项的方法，其特征在于第二中间层(4)由熔点比即将连接到一起的物体熔点低的活化剂组成。
9.根据权利要求1-8任一项的方法，其特征在于第二中间层4主要由银(Ag)和/或锡(Sn)，或由为一种合金或混合物的银和铜(Ag+Cu)，铝和铜(Al+Cu)或锡和铜(Sn+Cu)组成。
10.一种用于金属电解工厂的电极，所述电极含有吊杆(1)和连接到所述吊杆上的板元件(2)，其特征在于所述板元件(2)通过扩散连接连接到所述吊杆(1)上。
11.根据权利要求10的电极，其特征在于板元件(2)基本上沿着所述板元件(2)全长的方向连接到吊杆(1)上。
12.根据权利要求10或11的电极，其特征在于至少吊杆(1)相对于板元件(2)的表面主要由铜或铜合金制成。
13.根据权利要求10-12任一项的电极，其特征在于板元件(2)由精炼钢，特别是耐酸钢制成。
14.根据权利要求10-13任一项的电极，其特征在于吊杆(1)带有凹槽(6)或类似的结构，其中板元件的相应部分嵌入其中。
15.根据权利要求10-13任一项的电极，其特征在于吊杆(1)连接于板元件(2)的两侧。
16.根据权利要求10-15任一项的电极，其特征在于所述电极为永久阴极。
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