CN106825897A - 一种具有超薄钛复层的铅‑钛复合阳极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有超薄钛复层的铅‑钛复合阳极的制备方法，包括以下步骤：步骤一、采用细沙平铺一定厚度作为地基，在地基上放置具有平板结构的钢垫板，然后在钢垫板上平行放置缓冲板Ⅰ；步骤二、在缓冲板Ⅰ上平行放置铅板，然后在铅板上垂直放置支撑体；然后取钛板通过金属胶粘剂平行粘贴在缓冲板Ⅱ上，并将钛板放置在支撑体上，使钛板与支撑体垂直设置；步骤三、在缓冲板Ⅱ上铺设炸药，炸药的用量与缓冲板Ⅱ的面积的关系为2.5~3.5g/cm2，然后在炸药的边缘插入雷管，进行起爆，制得具有超薄钛复层的铅‑钛复合阳极。本发明通过爆炸焊接获得冶金结合的层状金属复合材料，拓宽了铅‑钛复合材料的厚度组合，提高了铅‑钛的结合强度。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制作技术领域，具体涉及一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法。
背景技术
通过电镀、喷涂获得钛-铅复合材料，因结合强度不牢固，容易产生钛脱落的问题，通过爆炸厚复层钛，再进行轧制方法也无法获得超薄的钛复层的复合材料，超薄钛复层的厚度为0.3~1mm，由于钛硬度比铅的硬度高很多，通过轧制的方法只会将铅层变薄，而无法将钛层变薄；而采用常规的焊接方式，由于铅和钛无法互熔，也无法获得结合良好的薄钛层的铅钛复合材料。铅钛无论从导电性还是耐腐蚀性能，都满足铅酸蓄电池正极栅板材料的要求，而且具有质量轻，高强度、优良的耐腐蚀性能，对于提高铅酸蓄电池比能量，大大延长蓄电池寿命有着非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法，选用的缓冲板加载的爆炸焊接技术，实现了铅金属层与钛金属层的冶金结合，提高了结合强度，开拓了铅此种超软金属与其他金属的结合，而且拓展了复合阳极异种金属层的厚度组合。
本发明所采用的技术方案为：一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法，包括以下步骤：步骤一、采用细沙平铺一定厚度作为地基，在地基上放置具有平板结构的钢垫板，然后在钢垫板上平行放置缓冲板Ⅰ；
步骤二、取铅板，并将其放置在液氮容器中，静置10~30min，使铅板的初始温度降低到液氮的沸腾温度；
步骤三、将步骤二冷却后的铅板平行放置在缓冲板Ⅰ上，然后在铅板上垂直放置支撑体；然后取钛板通过金属胶粘剂平行粘贴在缓冲板Ⅱ上，并将钛板放置在支撑体上，使钛板与支撑体垂直设置；
步骤四、在缓冲板Ⅱ上铺设炸药，炸药的用量与缓冲板Ⅱ的面积的关系为2.5~3.5g/cm2，然后在炸药的边缘插入雷管，进行起爆，制得具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极。
其中，所述的缓冲板Ⅰ为橡胶板；所述的缓冲板Ⅱ为铝板。
其中，支撑体为金属铅。
本发明中，钛板的厚度为0.3~1mm，缓冲板Ⅱ的厚度为4mm，支撑体的高度为2~6mm。
其中，炸药由膨化硝铵、氯化钠和珍珠岩组成，炸药的各组成原料的重量比为膨化硝铵：氯化钠：珍珠岩=45：48：7。
本发明通过爆炸焊接技术获得冶金结合的铅-钛层状金属复合材料，如果钛层厚度较薄，通过爆炸焊接冲击后，容易造成复层钛层的爆燃；由于钛层薄而且质量轻，在爆轰载荷加载时可以迅速的达到最大速度，但压力的作用时间与复材厚度成正比，因此，爆轰压力下降之快，使复板向下运动时出现振荡，还可能出现减速现象，造成碰撞过程的不均匀，不稳定，复层有可能会被再射入流击穿或损伤。为解决上述问题，本发明在复层钛金属薄板表面使用金属胶，把0.3~1mm厚度的复层薄钛与4mm厚度的缓冲板Ⅱ粘接在一起，进行缓冲加载；然后在铅板的下方安置缓冲板 Ⅰ进行缓冲，进一步进行缓冲加载。
有益效果：1、本发明采用两层缓冲板复合，增加了钛与铅的结合厚度范围，能够利用厚度为0.3~1mm的超薄钛复层制备铅-钛复合材料。
2、在步骤二中将铅板采用液氮冷却，能够提高铅板的强度性能，降低爆炸焊接时的冲击区的温度；而且，解决了铅在常温下强度低而塑性高的缺陷，使冷却后的铅板能够保持预定的面积大小和间隙大小，扩展高质量的焊接工艺参数范围，有利于提高爆炸焊接过程的稳定性和爆炸焊接的质量。
3、在制备过程中，铅-钛复层金属在炸药爆炸载荷作用下高速倾斜碰撞铅板，在碰撞点形成一层金属熔化层，然后急速冷却，并瞬间强固的连接在一起，解决的因结合强度不够牢固产生严重“脱钛”的问题，铅-钛复层金属中的钛有很强的耐腐蚀性能，大大增加了铅酸电池的使用寿命。本发明制得的复合阳极能够适合于不同工况环境下的使用要求，提高了产品的可靠性与环境适应性；在电解行业以及造船行业上有着非常重要的实际生产意义。
附图说明
图1为本发明的爆炸焊接安装示意图；
图2为实施例1的金相图；
图3为实施例2的金相图；
图4为实施例3的金相图。
附图标记：1、雷管，2、炸药，3、缓冲板Ⅱ，4、钛板，5、支撑体，6、铅板，7、缓冲板Ⅰ，8、钢垫板，9、地基。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法，包括以下步骤：步骤一、采用细沙平铺一定厚度作为地基9，在地基9上放置具有平板结构的钢垫板8，然后在钢垫板8上平行放置缓冲板Ⅰ7；步骤二、取铅板6，并将其放置在液氮容器中，静置10~30min，使铅板的初始温度降低到液氮的沸腾温度；步骤三、将步骤二冷却后的铅板6平行放置在缓冲板Ⅰ7上，，然后在铅板6上垂直放置支撑体5；然后取钛板4通过金属胶粘剂平行粘贴在缓冲板Ⅱ3上，并将钛板4放置在支撑体5上，使钛板4与支撑体5垂直设置；步骤三、在缓冲板Ⅱ3上铺设炸药2，炸药2的用量与缓冲板Ⅱ3的面积的关系为2.5~3.5g/cm2，然后在炸药2的边缘插入雷管1，进行起爆，制得具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极。其中爆炸焊接安装图如图1所示。本发明的缓冲板Ⅰ7为橡胶板；缓冲板Ⅱ3为铝板；支撑体5为金属铅。本发明将铅板冷却到液氮的沸腾温度（-196℃），提高了铅的爆炸焊接区的范围。
为获得良好的双金属爆炸焊接质量，炸药爆速最大不超过材料的体积声速的1.2倍，否则射流会被抑制，自清理作用消失，从而难以达到理想焊接。铅板的体积声速为1300m/s，铅在常见金属中属的体积声速是最低的，这就给爆炸带来了很大的难度，而通常爆炸焊接用炸药爆速为2000~3000m/s，要获取爆速与铅板体积声速匹配、性质稳定的炸药必须对炸药进行重新配制。本发明在膨化硝铵炸药中同时加入惰性添加剂氯化钠和密度调节剂珍珠岩两种辅料，调配成新的混合炸药，惰性添加剂氯化钠的大量加入能有效的降低炸药的爆速，密度调节剂憎水珍珠岩的加入能很好的控制炸药的密度和流散性。本发明的炸药由膨化硝铵、氯化钠和珍珠岩组成，炸药的各组成原料的重量比为膨化硝铵：氯化钠：珍珠岩=45：48：7，混合炸药的爆速降至1300m/s左右，此时混合炸药的松装密度、爆速、猛度值均较合理，并具有较好的爆轰感度和传爆性。
实施例1
将地基用细沙铺平，在细沙地基上放置钢垫板，确保钢垫板平整，并且表面无污物，而后在钢垫板上放置厚度为2mm，且长×宽为510×510mm的橡胶板，再在橡胶板上放置作为基板的铅板，铅板的厚度为6mm，长×宽为500×500mm，此铅板需要在液氮容器中静置10~30min，使铅板的初始温度降低到-196℃；然后在铅板上放置铅支撑体，将厚度为0.5mm，且长×宽为500×500mm的薄钛板通过金属胶粘在厚度为4mm，且长×宽为510×510mm的铝板上，并在铅板和薄钛板之间放置高度为2mm的铅支撑，然后在铝板上部铺设炸药，炸药的用量占铝板面积的比例为3.0g/cm2，最后在炸药边缘插入雷管，进行起爆生产。其中，炸药的各组成原料的重量比为膨化硝铵：氯化钠：珍珠岩=45：48：7，混合炸药的爆速为1300m/s。
本实施例制得的铅-钛复合阳极的检测结果为：进行拉剪试验，剪切强度为16MPa；金相观察：见图1所示。
实施例2
将地基用细沙铺平，在细沙地基上放置钢垫板，确保钢垫板平整，并且表面无污物，而后在钢垫板上放置厚度为2mm，且长×宽为510×810mm的橡胶板，再在橡胶板上放置作为基板的铅板，铅板的厚度为16mm，长×宽为500×800mm，此铅板需要在液氮容器中静置10~30min，使铅板的初始温度降低到液氮的沸腾温度；铅板上放置铅支撑体，将厚度为0.3mm，且长×宽为500×800mm的薄钛板通过金属胶粘在厚度为4mm，且长×宽为510×810mm的铝板上，并在铅板和薄钛板之间放置高度为6mm的铅支撑，然后在铝板上部铺设炸药，炸药的用量占铝板面积的比例为3.5g/cm2，最后在炸药边缘插入雷管，进行起爆生产。其中，炸药的各组成原料的重量比为膨化硝铵：氯化钠：珍珠岩=45：48：7，混合炸药的爆速为1300m/s。
本实施例制得的铅-钛复合阳极的检测结果为：进行拉剪试验，剪切强度为16MPa；金相观察：见图2所示。
实施例3
将地基用细沙铺平，在细沙地基上放置钢垫板，确保钢垫板平整，并且表面无污物，而后在钢垫板上放置厚度为2mm，且长×宽为410×710mm的橡胶板，再在橡胶板上放置作为基板的铅板，铅板的厚度为12mm，长×宽为400×700mm，此铅板需要在液氮容器中静置10~30min，使铅板的初始温度降低到液氮的沸腾温度；铅板上放置铅支撑体，将厚度为1.0mm，且长×宽为400×700mm的薄钛板通过金属胶粘在厚度为4mm，且长×宽为410×710mm的铝板上，并在铅板和薄钛板之间放置高度为4mm的铅支撑，然后在铝板上部铺设炸药，炸药的用量占铝板面积的比例为2.5g/cm2，最后在炸药边缘插入雷管，进行起爆生产。其中，炸药的各组成原料的重量比为膨化硝铵：氯化钠：珍珠岩=45：48：7，混合炸药的爆速为1300m/s。
本实施例制得的铅-钛复合阳极的检测结果为：进行拉剪试验，剪切强度为16MPa；金相观察：见图3所示。
由图2至图4可知，铅-钛复合材料的界面均具有波纹状结构特征，且界面处形成一定厚度的扩散层，波纹状结构比平直界面在界面接触面积上增加50%，而且多了机械咬合作用。一般来说，波形参数大，结合区金属的塑形变形程度大，复层与基层之间的接触面积大，由此变形引起的金属强化区和硬化区大，都有利于结合强度的提高。
发明通过运用爆炸焊接技术获得冶金结合的层状金属复合材料，解决现有通过电镀、喷涂、电子束焊等技术未能解决的因结合强度不够牢固而产生的钛层与铅层脱落的问题。通过对铅-钛复合材料的发明，填补了国内铅-钛复合材料的空白，改善了现有爆炸技术，拓宽了铅-钛复合材料的厚度组合及结合面积范围，并且提高了铅-钛的结合强度；并且扩大铅钛复合材料的应用范围，如核反应堆及蓄电池行业都有非常广阔的应用前景。
Claims (5)
1.一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用细沙平铺一定厚度作为地基，在地基上放置具有平板结构的钢垫板，然后在钢垫板上平行放置缓冲板Ⅰ；
步骤二、取铅板，并将其放置在液氮容器中，静置10~30min，使铅板的初始温度降低到液氮的沸腾温度；
步骤三、将步骤二冷却后的铅板平行放置在缓冲板Ⅰ上，然后在铅板上垂直放置支撑体；然后取钛板通过金属胶粘剂平行粘贴在缓冲板Ⅱ上，并将钛板放置在支撑体上，使钛板与支撑体垂直设置；
步骤四、在缓冲板Ⅱ上铺设炸药，炸药的用量与缓冲板Ⅱ的面积的关系为2.5~3.5g/cm2，然后在炸药的边缘插入雷管，进行起爆，制得具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极。
2.根据权利要求1所述的一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法，其特征在于：所述的缓冲板Ⅰ为橡胶板；所述的缓冲板Ⅱ为铝板。
3.根据权利要求1所述的一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法，其特征在于：支撑体为金属铅。
4.根据权利要求1或3所述的一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法，其特征在于：钛板的厚度为0.3~1mm，缓冲板Ⅱ的厚度为4mm，支撑体的高度为2~6mm。
5.根据权利要求1所述的一种具有超薄钛复层的铅-钛复合阳极的制备方法，其特征在于：炸药由膨化硝铵、氯化钠和珍珠岩组成，炸药的各组成原料的重量比为膨化硝铵：氯化钠：珍珠岩=45：48：7。
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