CN1703539B - 用于在阴级支撑棒上形成良好接触表面的方法和支撑棒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于在电解中所用阴极的支撑棒上得到良好电流接触的方法。在该方法中，在位于阴极铝支撑棒端部上的接触件上，尤其是在与电解槽汇流排接触的点处，形成高导电涂层。导电层形成与支撑棒接触件的金属结合。本发明还涉及阴极支撑棒，其中，在所述棒端部的接触件上，尤其是在接触电解槽汇流排的区域上形成高导电层。
Description
本发明涉及用于在金属电解中所用阴极的支撑棒上得到良好接触表面的方法。在该方法中，在位于阴极铝支撑棒端部上的接触件上，尤其是在与电解槽汇流排接触的点处，形成高导电涂层。导电涂层形成与支撑棒接触件的金属结合。本发明还涉及阴极支撑棒，其中，已经在所述棒端部的接触件上，尤其是在接触电解槽汇流排的接触表面上形成高导电层。
在现今的电解沉积中，尤其是在锌电解沉积中，使用由铝制成的阴极板，其被连接到支撑棒上。阴极通过支撑棒而被降低放到电解槽中，使得支撑棒的一端位于在槽边缘处的汇流排顶上，而另一端位于绝缘体顶上。为了确保良好的导电性，将由铜制成的接触件附接到铝支撑棒的端部，并将接触件定位在汇流排上。接触件的底边是直的，或者在那里制成凹口，支撑棒就在凹口处被降低放到汇流排上。凹口的两个侧面边沿形成接触点，从而在支撑棒与汇流排之间建立双接触。当接触件的底边是直的时，在汇流排与接触件之间形成平面型接触。直的接触件尤其是在较大的阴极，称为巨型阴极中使用。
可以例如通过多种焊接方法将铜接触件附接到铝支撑棒上。例如在美国专利4,035,280中描述了这些方法中的一种。该专利还提到在焊接之前可以用银涂覆铜接触件。但是，除了这句话，该公开没有进一步描述如何对接触件进行涂覆。
日本申请55-89494描述了制造电极支撑棒的另一种方法。实际的支撑棒是铝棒，具有铝芯和铜壳的接触件被焊接到其端部。通过高压挤出使接触件具有多角形。
在现有技术中，上述的美国专利4,035,280建议接触件应该涂覆银。很显然，银改进了铜件的导电性，但是对整个接触件进行涂覆不适合该目的，并且成本也高。在该日本申请中提到的组合铝和铜挤压在铜与铝之间不一定得到冶金接头，所以接头电学上很弱，并且在电解质透过界面时被毁坏。
在锌的电解沉积中，铝阴极支撑棒中接触件尤其是它们的接触表面的快速损耗导致问题。原因可能主要是铜氧化成其氧化物，以及在电解质的作用下氧化物腐蚀成硫酸铜。在接触表面上形成的硫酸铜进一步弱化了接触件的导电性。
根据本发明的方法涉及在电解中尤其是在锌电解沉积中所用的铝阴极棒上获得良好接触表面的方法，在铝阴极棒的端部上附接单独的接触件。接触件所用的材料是铜。根据当前研发的方法，在支撑棒接触件下表面上的区域，即将接触电解槽汇流排的接触表面，涂覆有高导电金属或金属合金，例如银或银合金。阴极由阴极板和支撑棒构成，其中，阴极板浸在电解槽中，并且支撑棒通过其端部支撑在电解槽的边上，使得接触件位于汇流排顶上。当在支撑棒接触件与在其下表面上形成的涂层之间形成金属接头时，就避免了由接触件下表面的损耗或氧化引起的问题。本发明还涉及在通过该方法制造的在电解沉积中使用的阴极支撑棒，其中，在所述棒端部的接触件形成高导电层，尤其是在其与电解槽汇流排接触的接触表面。
阴极支撑棒接触件中的接触表面导电良好是很重要的。使用高导电金属例如银或银合金作为涂层材料确保了向阴极的有效电流馈送。使用银的冶金学原理是，虽然它在表面上形成氧化物，但是在较低温度下氧化物不再稳定并分解回到金属形态。由于上述原因，在接触件的接触表面形成的银镀层上不会类似于在例如铜表面上形成的氧化物膜。
银不会直接在铜上形成粘合牢固的冶金接头，所以必须首先在铜上形成薄的传递层，优选为锡或主要含锡的合金中的一个。在下文中为了简便，我们将只谈到锡，但是该术语也包括其它主要含锡的合金。锡层可以以许多方式形成，例如通过经由加热、电解涂覆的预先镀锡来形成，或者通过在实际涂覆之前直接在表面点上热喷涂来形成。之后，可以用银涂覆锡表面。例如可以通过钎焊或热喷涂技术来进行对阴极棒接触件的接触表面的银涂覆。
接触件接触表面的处理即使在接触件被附接到支撑棒之前也可以根据本发明很容易的进行，但是本方法在修复耗损棒时是特别有用的。对阴极条件进行检查时，要进行周期性的锌电解沉积阴极的维护。阴极板比支撑棒消耗得快，因此在公知技术中支撑棒比几个阴极板的使用时间都持久。但是，根据本方法可以以简单的方式延长支撑棒的服务寿命，因为接触件的一个或多个接触表面的涂层可以按需更新。
当接触表面在接触件下表面上形成有凹口时，凹口的倾斜侧边进行线性平直化，因为接触表面的损耗可能已经导致在汇流排与支撑棒之间只形成一个接触点。损耗的结果是，支撑棒开始只从其底部承接负载，致使接触的几何形式不再如所期望的了。很显然，这损害了向阴极的电流馈送。根据本方法，用于增加导电性的接合件被附接到支撑棒凹口的边缘。如果接触件的直的下缘作为接触表面，那么在进一步处理之前对其进行平直化也是可取的。
当使用钎焊技术时，对待处理的表面进行清洁，然后在其上形成锡层，优选地小于50μm厚。然后，使用某种合适的燃烧器来进行银涂覆。锡层熔化，并且在将涂层片放到熔融锡上时，定位在正确的位置是很容易的。
也可以使用热喷涂技术用银对支撑棒接触件的接触表面进行涂覆，因为银的熔点是960℃。还可以使用AgCu合金作为涂层材料，例如以丝或粉末的形式。共晶AgCu合金的熔点甚至比Ag的熔点还低，因此也适用于通过所讨论技术对接触表面进行涂覆。
在可应用的热喷涂技术中，在实践中，已经证明至少基于气体燃烧的技术是可行的。在这些技术中，高速氧燃料(HVOF)喷涂是基于高压下喷枪燃烧室中的燃料气体或液体与氧气的连续燃烧并通过喷枪产生的快速气流的。涂层材料常见的是以粉末形式通过载气沿轴向被送入枪喷嘴。粉末颗粒在喷嘴中加热，获得非常高的运动速度(每秒几百米)，并被导向待涂覆的物件。
在普通的火焰喷涂中，当燃料气体和氧气的混合物燃烧时，会使丝状或粉末形式的涂层材料熔化。一般使用乙炔作为燃料气体，因为它具有极热的火焰。涂层材料丝由使用压缩空气涡轮机或电动机的送料设备经由丝管口被送入。在丝管口前面燃烧的气焰使丝端熔化，并用压缩空气将熔体吹成金属雾并吹到待涂覆的物件上。颗粒速度在100m/s的数量级上。
热喷涂技术使表面材料熔化，并且由于含银涂层的熔融液滴具有很高的温度，所以在接触件凹口或下表面的涂层中在铜、锡与涂层材料之间生成冶金结合。因此，接头的导电性是很好的。该金属接合方法在例如380～600℃的温度范围内，在接合区中导致银、锡和铜三元合金的共晶。如果需要，在喷涂之后可以进行单独的热处理，这会促进冶金接头的形成。
本发明还涉及在电解中使用的阴极支撑棒。在位于支撑棒端部的接触件上、尤其位于接触件下表面的区域(与电解槽汇流排接触的接触表面)上形成非常好的导电层。关于高导电金属，使用银或银合金，例如银铜合金。优选地例如通过钎焊或热喷涂技术来对接触表面进行涂覆，其中，在接触件与涂层之间形成冶金接合。
通过所附的实例和附图1对本发明的方法做进一步的描述，图1示出了接触表面的相对电压下降。
实例1
取出在锌电解沉积中使用的阴极支撑棒用于维护，其中，发现在铜接触件下表面上的接触表面已经损耗。凹口作为接触表面，并且形状已经是向上变窄的截锥形，并且在边缘处已经损耗成不规则的圆形。首先通过喷砂去除污垢来清洗接触表面。然后，对侧表面进行平面类型的研磨，从而从表面上除去1至3mm的材料。被除去的材料通过向侧表面上钎焊同等尺寸的1至2mm厚的银片来替代。
钎焊是使用合适强度的氧-液体燃气燃烧器，通过锡涂覆在银与铜表面之间形成由于毛细管力而展开的锡层而实现的。当锡层仍旧是熔化
的时，定位银片很简单。同时，在通过直接对银表面加热数分钟而使温度升到约500℃从而在钎焊区域中银和铜从纯金属变成合金之前，检查锡钎料的平坦度。
在修复后的支撑棒上进行的结构研究显示，在加热过程中，银和铜与它们之间的锡层发生合金化，并形成在比锡高很多的温度下熔化的三元合金。已经证明，以上述方式由银制成的接触表面的机械和化学耐久性极好。
实例2
使用与前面实例中类似的支撑棒，并且也进行相同的清洗和材料去除程序。在接触件下表面上的凹口的边上形成锡层，平均厚度小于50μm。
所使用的热喷涂方法是丝喷涂。在喷涂中使用3mm厚的银丝，使得所产生的表面厚度为0.5～1.2mm。微分析研究显示，当热的熔融液滴在锡涂覆的铜表面上聚集时，开始形成冶金合金。
结构研究此外还显示银已经形成了非常紧密的金属结构。在实践中，已经证明该接触表面的机械和化学耐久性良好。
实例3
已经在锌电解沉积阴极支撑棒的接触部分下表面上的接触表面上添加了银片。该支撑棒已经在生产中使用半年了，并且迄今为止接触表面的损耗一直明显微小，即电压下降一直保持不变。图1示出了相对于具有普通铜接触表面的老式棒的相对电压下降的差别。使普通铜接触表面的相对电压下降值为100，根据本发明由银制成的接触表面的电压下降相对于传统的接触表面示出。
Claims (15)
1.一种用于在电解中所用铝阴极的支撑棒上形成良好接触表面的方法，在所述棒的端部上附接铜接触件，其中，阴极板浸在电解槽中，并且支撑棒通过其端部支撑在电解槽的边上，这样接触件位于汇流排顶上，其特征在于，在支撑棒接触件下表面上的区域上、即在将要接触电解槽汇流排的接触表面上形成传递层，之后，使用钎焊技术在接触表面涂覆厚度为1至2mm的银，并且传递层和涂层与铜接触件形成冶金接合，所述传递层是锡或主要含锡的合金。
2.一种用于在电解中所用铝阴极的支撑棒上形成良好接触表面的方法，在所述棒的端部上附接铜接触件，其中，阴极板浸在电解槽中，并且支撑棒通过其端部支撑在电解槽的边上，这样接触件位于汇流排顶上，其特征在于，在支撑棒接触件下表面上的区域上、即在将要接触电解槽汇流排的接触表面上形成传递层，之后，使用热喷涂技术在接触表面涂覆厚度为0.5至1.2mm的银，并且传递层和涂层与铜接触件形成冶金接合，所述传递层是锡或主要含锡的合金。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，传递层是锡或主要含锡的层。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，热喷涂技术是基于气体燃烧的。
5.根据权利要求2或4的方法，其特征在于，热喷涂技术是高速氧燃料喷涂。
6.根据权利要求3或4的方法，其特征在于，银是粉末形式的。
7.根据权利要求2的方法，其特征在于，热喷涂技术是火焰喷涂。
8.根据权利要求2的方法，其特征在于，银是丝状的。
9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在涂覆之后对接触表面进行热处理。
10.一种用于修复在电解中使用的铝阴极支撑棒的接触表面的方法，其中，铜接触件被附接到支撑棒的一端，在电解中阴极板被浸在电解槽中，并且支撑棒的接触件支撑于电解槽汇流排上，其特征在于，首先对作为支撑棒接触件的接触表面的下表面进行线性平直化，并在下表面上形成锡传递层，然后利用钎焊技术用厚度为1至2mm的银涂覆接触表面，使得铜、锡和银涂层形成冶金接合。
11.一种用于修复在电解中使用的铝阴极支撑棒的接触表面的方法，其中，铜接触件被附接到支撑棒的一端，在电解中阴极板被浸在电解槽中，并且支撑棒的接触件支撑于电解槽汇流排上，其特征在于，首先对作为支撑棒接触件的接触表面的下表面进行线性平直化，并在下表面上形成锡传递层，然后利用热喷涂技术用厚度为0.5至1.2mm的银涂覆接触表面，使得铜、锡和银涂层形成冶金接合。
12.一种用于修复在电解中使用的铝阴极支撑棒的接触表面的方法，其中，铜接触件被附接到支撑棒的一端，并且接触件的下边缘形成有凹口，在电解中阴极板被浸在电解槽中，并且支撑棒在凹口处支撑于电解槽汇流排上，其特征在于，凹口的倾斜侧面作为支撑棒接触件的接触表面，并首先对其进行线性平直化，然后在所述各侧面上形成锡传递层，之后利用钎焊技术用厚度为1至2mm的银涂覆接触表面，使得铜、锡和银涂层形成冶金接合。
13.一种用于修复在电解中使用的铝阴极支撑棒的接触表面的方法，其中，铜接触件被附接到支撑棒的一端，并且接触件的下边缘形成有凹口，在电解中阴极板被浸在电解槽中，并且支撑棒在凹口处支撑于电解槽汇流排上，其特征在于，凹口的倾斜侧面作为支撑棒接触件的接触表面，并首先对其进行线性平直化，然后在所述各侧面上形成锡传递层，之后利用热喷涂技术用厚度为0.5至1.2mm的银涂覆接触表面，使得铜、锡和银涂层形成冶金接合。
14.一种在电解中使用的铝阴极的支撑棒，其中，阴极的阴极板将要浸在电解槽中，并且阴极支撑棒将通过其端部支撑在电解槽的边缘上，这样铜接触件被附接到支撑棒的一端，其特征在于，支撑棒接触件的下表面的区域，即接触汇流排的接触表面，已经采用钎焊技术涂覆有厚度为1至2mm的银，并且在涂覆之前，传递层已经利用锡涂覆形成在接触表面上，银涂层与接触件的铜和传递层形成冶金接合，所述传递层是锡或主要含锡的合金。
15.一种在电解中使用的铝阴极的支撑棒，其中，阴极的阴极板将要浸在电解槽中，并且阴极支撑棒将通过其端部支撑在电解槽的边缘上，这样铜接触件被附接到支撑棒的一端，其特征在于，支撑棒接触件的下表面的区域，即接触汇流排的接触表面，已经采用热喷涂技术涂覆有厚度为0.5至1.2mm的银，并且在涂覆之前，传递层已经利用锡涂覆形成在接触表面上，银涂层与接触件的铜和传递层形成冶金接合，所述传递层是锡或主要含锡的合金。
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