CN110656351A - 一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，属于湿法冶金电积技术领域，本发明采用压力浇铸‑热处理工艺，包括铜块制备、铜块表面处理、模内装铜块、模内压铸铝和热处理。该铜铝横梁在铝液冷却凝固收缩过程中一直处于压力状态，不断补偿由铝液凝固收缩引起的铜铝过渡面分层现象，有效提高产品导电性能，与重力浇铸相比，其导电率提高了30%以上。另外，压铸生产效率高，生产过程几乎没有金属损失现象，生产成本低。再者，压铸夹节式铜铝横梁铜铝接触面紧密，锌电积过程酸雾几乎无法进入到铜铝接触面，从而有效提高其使用寿命和降低电积过程发热现象，降低锌电积直流电耗和生产成本。

Description

一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法

技术领域

本发明属于湿法冶金电积技术领域，具体的说，涉及一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法。

背景技术

电积工程，特别是电化学工业和电冶金工业都离不开电极材料，电积材料分为阴极和阳极。如在湿法炼锌工业，阴极板主要材质主要为铝，主要构件为铝板、铝横梁、吊耳和铜铝导电头。湿法炼锌企业根据自身的设计及板面大小，阴极板导电过程采用搭接式或者夹节式，夹节式阴极板铝横梁主要应用于小极板，其生产工艺如附图1所示，存在生产工艺复杂、流程长、焊接工序多、产品质量不稳定等不足。

铜铝横梁是影响阴极板使用和电积直流电耗的一个重要构件，目前国内外铜铝横梁制作方式是将铜铝导电头和铝横梁焊接在一起，铜铝导电头制备工艺主要有以下几种：（1）***焊：***焊工艺是将表面平整的铜块和铝块紧密接触，中间填充适量***，引爆***瞬间产生高温热，将铜表面和铝表面熔化，通过挤压方式使铜铝接触焊接，该工艺优势是生产效率高，缺点是技术条件高，安全保障系数高，控制不好容易出现假焊现象。（2）闪光对焊：闪光对焊原理是铜板材和铝板材在强电流作用下迅速熔化，随后在机械顶锻压力作用下铜铝融合在一起，该工艺优点是焊接效率高，但管件、大面积焊接件、厚件不易焊接，焊接初难免出现断裂。（3）摩擦焊：摩擦焊原理是铜棒和铝棒在高速旋转下使铜和铝的焊接面在高温下熔化，经保压顶锻使铜和铝结合到一起，该工艺优点是产品强度高，但是非棒材不易焊接，焊接处容易断裂。（4）锡钎焊：锡钎焊工艺原理是将薄铜片与铝设备夹紧，经锡钎料特殊加工和机械压接后铜片焊在铝板上的一种工艺，该工艺简单，但焊接熔点低，助焊剂带腐蚀性。（5）铜铝钎焊：铜铝钎焊是一种将铜材和铝材进行钎焊焊接的一种新工艺，该工艺优点是焊接处不会出现断裂，导电性能良好，手工焊接，操作简单，投入设备少，缺点是焊接效率较低。（6）重力浇铸：重力浇铸原理是将铜块放置在模具内，向模具内倾倒液态铝，铝包裹铜块形成铜铝导电过渡件，该工艺具有生产效率高、操作简单、劳动强度小、生产成本低等优势，但是，该工艺存在得到的铜铝导电过渡件导电性能不稳定、易发热，使用寿命短等不足，影响阴极板使用。

铝横梁制作工艺采用普通重力铸造和挤压成型。（1）普通重力铸造：按照一定规格尺寸制作模具，将熔化的铝液浇铸在模具内，待铝液冷却凝固后开模，取出产品，经剪切、抛光后可得铝横梁，但该种工艺存在劳动强度大、产品强度小、外观质量差等不足。（2）挤压成型：按照预定规格尺寸将型材进行机加工可得到横梁，用冲板方式得到吊耳，将吊耳和横梁焊接到一起即可得到铝横梁，该工艺存在劳动量大、焊接缺陷等不足。

因此，在电积工业需要提供一种导电性能良好、生产成本低、生产工艺简单、生产效率高、使用寿命长的夹节式铜铝横梁，提高阴极板使用寿命、降低电积过程直流电耗、降低锌电积生产成本和杜绝一些安全隐患，改善锌电积工业用阴极板目前面临的一些问题。

发明内容

本发明结合了目前已经开发出来的各类锌电积用夹节式铜铝横梁和各种制备工艺优点以及局限性，开发了锌电积用夹节式铜铝横梁制备方法，得到的铜铝导电过渡件铜铝接触面致密、导电性能良好，解决了过渡件发热问题、使用寿命长，降低锌电积直流电耗和生产成本。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

所述的锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，包括以下步骤：

1）将铜块放置在除油剂内浸泡5~10min，然后将铜块表面擦拭干净，并在干净的铜块表面用刷涂HCl和SnCl₂的混合液，烘干；

2）将烘干后的铜块浸泡在加热熔化的锡液内，锡液充分湿润铜块后取出并用铜片刮除过多的锡液；

3）将镀锡铜块放置于压铸机模具内预定位置，并合模；

4）将铝熔化后采用自动压铸工艺将铝合金液压铸到模具内，铝液冷却凝固后开模，得到外形尺寸满足要求的初级夹节式铜铝横梁；

5）将初级夹节式铜铝横梁经热处理，加热保温，让界面铜铝充分扩散；

6）取出热处理后的夹节式铜铝横梁，自然冷却至室温，即得到夹节式铜铝横梁。

进一步的，所述的铜块为T2紫铜，其化学成分为：w(Cu+Ag)≥99.90%，w(Bi)≤0.001%，w(Sb)=0.002%，w(As)=0.002%，w(Fe)=0.002%，w(Pb)=0.005%，w(S)=0.002%，w(杂质)≤0.1%。

进一步的，所述铝合金，其化学成分为：w(Si)=3-1.5%，w(Mg)=0.2-0.4%，w(Fe)≤0.20%，w(Cu)≤0.20%，w(Mn)≤0.10%，w(Zn)≤0.10%，w(Ti)≤0.15%，其他元素，每种≤0.05，总量小于0.15%，余量为铝。

进一步的，所述HCl和SnCl₂混合液，其m（HCl）：m（SnCl₂）=0.5~2.5，w(HCl+SnCl₂)=5%~30%。

进一步的，步骤1）中，烘干条件为110~140℃条件下烘干0.5~1h。

进一步的，步骤4）中，压铸工艺参数为压铸温度为710~740℃，压力为70~90MPa，射流速度为30~38m/s，保压时间为15~20s。

进一步的，步骤6）中，热处理工艺为保温温度350~470℃，保温时间为3~5h。

本发明的有益效果：

本发明采用压铸工艺制备夹节式铜铝横梁，导电性能良好、生产效率高、生产成本低、过渡件质量稳定和外观质量良好。压铸铜铝导电过渡件在铝液冷却凝固收缩过程中一直处于压力状态，不断补偿由铝液凝固收缩引起的铜铝过渡面分层现象，有效提高产品导电性能，与重力浇铸相比，其导电率提高了30%以上。另外，压铸生产效率高，生产过程几乎没有金属损失现象，因此生产成本低。再者，压铸夹节式铜铝横梁铜铝接触面紧密，锌电积过程酸雾几乎无法进入到铜铝接触面，从而有效提高其使用寿命和降低电积过程发热现象，降低锌电积直流电耗和生产成本。

附图说明

图1是传统夹节式铜铝横梁的示意图；

图2是本发明的夹节式铜铝横梁的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。

实施例

本实施例的原料包括除油剂、铜块、铝合金、HCl和SnCl₂；设备包括熔炼炉、压铸机、热处理炉。

其中，除油剂为市面出售的常规金属除油剂。铜块为T2紫铜，其化学成分为：w(Cu+Ag)≥99.90%，w(Bi)≤0.001%，w(Sb)=0.002%，w(As)=0.002%，w(Fe)=0.002%，w(Pb)=0.005%，w(S)=0.002%，w(杂质)≤0.1%。铝合金，其化学成分为：w(Si)=3-1.5%，w(Mg)=0.2-0.4%，w(Fe)≤0.20%，w(Cu)≤0.20%，w(Mn)≤0.10%，w(Zn)≤0.10%，w(Ti)≤0.15%，其他元素，每种≤0.05，总量小于0.15%，余量为铝。HCl和SnCl₂混合液，其m（HCl）：m（SnCl₂）=0.5~2.5，w(HCl+SnCl₂)=5%~30%。

制备锌电积用夹节式铜铝横梁，包括以下步骤：

1）将铜板按照相关图纸加工成所需的铜块，将铜块放置在除油剂内浸泡5~10min，然后用干净毛巾将铜块表面擦拭干净，并在干净的铜块表面用刷涂HCl和SnCl₂的混合液；将刷涂后的铜块放置在烘箱内烘干，烘干条件为110~140℃条件下烘干0.5~1h。

2）将锡锭放在熔炼炉内加热，待锡锭溶化升温至350℃以上后，将烘干后的铜块浸泡在锡液内，锡液充分湿润铜块后取出并用铜片刮除过多的锡液。

3）将镀锡铜块放置于压铸机模具内预定位置，并合模。

4）将铝放入熔炼炉内，待铝熔化后采用自动压铸工艺将铝合金液压铸到模具内，压铸工艺参数为压铸温度为710~740℃，压力为70~90MPa，射流速度为30~38m/s，保压时间为15~20s。铝液冷却凝固后开模，得到外形尺寸满足要求的初级夹节式铜铝横梁。

5）将初级夹节式铜铝横梁放置于热处理炉内，加热保温，保温温度350~470℃，保温时间为3~5h，让界面铜铝充分扩散。

6）取出热处理后的夹节式铜铝横梁，自然冷却至室温，即得到夹节式铜铝横梁。

应用分析

将本发明制备的夹节式铜铝横梁与传统夹节式铜铝横梁进行对比。

应用例1

某公司工业生产锌，电解条件为极间距62mm，电解周期24h，电流密度为420A/m²，阴极板为铝材质，极板尺寸1.2m²，铜铝横梁制备工艺是将导电头、吊耳和横梁焊接到一起，检测结果产品整体导电率28.54，对同一批产品进行抽样检查，产品合格率为99.8%左右，使用寿命9.8月，电积过程母排与铜接触位置平均温度为54.2℃。

同样电解条件下，铜铝导电过渡件采用本发明的夹节式铜铝横梁，检测结果横梁导电率为30.12，产品合格率达到100%，使用寿命达到18.2月，电积过程铜铝导电过渡件平均温度为51.3℃。

应用例2

某公司工业生产锌，电解条件为极间距60mm，电解周期24h，电流密度为480A/m²，阴极板为铝材质，极板尺寸1.2m²，铜铝横梁制备工艺是将导电头、吊耳和横梁焊接到一起，检测结果整体产品导电率29.18，对同一批产品进行抽样检查，产品合格率为99.9%左右，使用寿命8.2月，电积过程母排与铜接触位置平均温度为55.2℃。

同样电解条件下，铜铝导电过渡件采用本发明的压铸夹节式铜铝横梁铜铝导电过渡件，检测结果夹节式铜铝横梁导电率为29.95，产品合格率达到100%，使用寿命达到15.5月，电积过程母排与铜接触位置平均温度为52.2℃。

应用例3

某公司工业生产锌，电解条件为极间距62mm，电解周期48h，电流密度为430A/m²，阴极板为铝材质，极板尺寸1.6m²，铜铝横梁采用焊接方式将导电头、吊耳和横梁焊接到一起，导电头为重力浇铸工艺制备，检测结果整体产品导电率23.2，对同一批产品进行抽样检查，产品合格率为98.5%左右，使用寿命7.5月，电积过程母排与铜接触位置平均温度为57.4℃。

同样电解条件下，铜铝导电过渡件采用本发明的压铸夹节式铜铝横梁铜铝导电过渡件，检测结果夹节式铜铝横梁导电率为26.4，产品合格率达到100%，使用寿命达到14.5月，电积过程母排与铜接触位置平均温度为53.2℃。

应用例4

某公司工业生产锌，电解条件为极间距62mm，电解周期48h，电流密度为500A/m²，阴极板为铝材质，极板尺寸1.6m²，铜铝横梁采用焊接方式将导电头、吊耳和横梁焊接到一起，导电头为重力浇铸工艺制备，检测结果整体产品导电率22.2，对同一批产品进行抽样检查，产品合格率为98.6%左右，使用寿命8.5月，电积过程母排与铜接触位置平均温度为53.4℃。

同样电解条件下，铜铝导电过渡件采用本发明的压铸夹节式铜铝横梁铜铝导电过渡件，检测结果夹节式铜铝横梁导电率为24.4，产品合格率达到100%，使用寿命达到17.5月，电积过程母排与铜接触位置平均温度为50.2℃。

最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将铜块放置在除油剂内浸泡5~10min，然后将铜块表面擦拭干净，并在干净的铜块表面用刷涂HCl和SnCl₂的混合液，烘干；

2）将烘干后的铜块浸泡在加热熔化的锡液内，锡液充分湿润铜块后取出并用铜片刮除过多的锡液，防止过多锡液进入铝形成合金而影响后序焊接工作；

3）将镀锡铜块放置于压铸机模具内预定位置，并合模；

4）将铝熔化后采用自动压铸工艺将铝合金液压铸到模具内，铝液冷却凝固后开模，得到外形尺寸满足要求的初级夹节式铜铝横梁；

5）将初级夹节式铜铝横梁经热处理，加热保温，让界面铜铝充分扩散；

6）取出热处理后的夹节式铜铝横梁，自然冷却至室温，即得到夹节式铜铝横梁。

2.根据权利要求1所述的一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，其特征在于：所述的铜块为T2紫铜，其化学成分为：w(Cu+Ag)≥99.90%，w(Bi)≤0.001%，w(Sb)=0.002%，w(As)=0.002%，w(Fe)=0.002%，w(Pb)=0.005%，w(S)=0.002%，w(杂质)≤0.1%。

3.根据权利要求1所述的一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，其特征在于：所述铝合金，其化学成分为：w(Si)=3-1.5%，w(Mg)=0.2-0.4%，w(Fe)≤0.20%，w(Cu)≤0.20%，w(Mn)≤0.10%，w(Zn)≤0.10%，w(Ti)≤0.15%，其他元素，每种≤0.05，总量小于0.15%，余量为铝。

4.根据权利要求1所述的一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，其特征在于：所述HCl和SnCl₂混合液，其m（HCl）：m（SnCl₂）=0.5~2.5，w(HCl+SnCl₂)=5%~30%。

5.根据权利要求1所述的一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，其特征在于：步骤1）中，烘干条件为110~140℃条件下烘干0.5~1h。

6.根据权利要求1所述的一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，其特征在于：步骤4）中，压铸工艺参数为压铸温度为710~740℃，压力为70~90MPa，射流速度为30~38m/s，保压时间为15~20s。

7.根据权利要求1所述的一种锌电积用夹节式铜铝横梁的制备方法，其特征在于：步骤6）中，热处理工艺为保温温度350~470℃，保温时间为3~5h。

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