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钛包铜的主要生产方法及其基本特点

发布时间 :2022-02-21 23:31:55 浏览次数 :

1、钛铜复合工艺介绍

金属阳极电解槽生产烧碱被誉为氯碱工业的一次革命。钛铜复合棒(钛包铜)是金属阳极的主要部件,它将铜的优良导电性和钛的优异耐腐蚀性融为一体,成功的代替了石墨阳极,使其寿命提高了10倍以上,可节能(电)20%以上,并提高了烧碱的纯度,是1种优异的电极材料。

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近来,有文献报导钛.铜复合棒作为导电棒已应用于电解铜行业,使用后提高了导电性能和电流效率,减少了电能消耗。同时提高了电极使用寿命,并降低了维修成本。

钛铜复合棒自20世纪60年代问世以来,得到了迅速发展。首先是1968年意大利的Derona公司和美国的铝石公司联合开发的。20世纪70年代开始,世界上许多国家,如日本、美国、西德、法国、意大利等相继采用钛阳极代替石墨阳极,投入工业化生产。

我国是1973年开始钛.铜复合棒的研制与开发的,上海异型钢管厂、宝鸡有色金属加工厂、西北有色金属研究院、北京有色金属研究总院等单位相继进行了钛铜复合棒的研制和生产。钛铜复合棒的生产方法较多,国外主要采用爆炸复合法或钛管套铜棒等方法。国内最初也有采用钛管内插入铜棒,然后浇铅连接制成导电棒,这种复合棒材一是不易制作,二是导电性不稳定,造成槽压上升。后来有人采用钛管套铜棒+拉伸的方法生产复合棒。

目前主要生产钛铜复合棒的厂家采用挤压法生产,挤压锭坯的制作方式开始采用大直径厚壁钛管坯,内部装入圆铜棒,两端再用钛板封上,这种制坯方式由于铜锭和钛管之间的问隙存有气体,高温下会影响复合棒的复合质量。宝鸡有色金属加工厂从1982年开始设计了1种独特的锭坯制作方式,采用真空浇铸法,使锭坯的钛和铜之间形成冶金结合,有效提高了复合棒材的复合质量。挤压法生产的钛铜复合棒,因其是热加工产品,在实际使用时,发现其抗弯曲性能较差,且表面粗糙度不好,后来对挤压棒材加以适量的冷拉伸,一方面提高了棒材的抗弯曲性能,另一方面改善了棒材的表面粗糙度。经用户的多年使用,反映良好。

20世纪80年代末,也有采用爆炸法生产钛.铜复合棒的,但因效率低、成本高而未形成生产能力。近几年有人采用爆炸+轧制法生产复合棒也获得了成功。

2、主要生产方法及其基本特点

2.1 拉伸法

拉伸法是我国早期采用的钛铜复合棒的生产方法之一。此方法的原理是通过一定的拉伸变形量而使外层钛和内部铜棒之间产生结合。此方法的特点是工艺简单,设备投资小,生产成本较低。但缺点是,一般拉伸变形量不大,钛铜结合紧密程度差,复合强度低;变形量过大时,由于冷作硬化以及变形不均匀的影响,造成钛铜不易结合,甚至不结合的现象,复合棒材在使用时,对导电性能有影响。

2.2 挤压或挤压+拉伸法

挤压法生产钛铜复合棒是20世纪80年代初开发的1种生产技术,按挤压锭坯制备方式分为铜棒套钛管焊接制坯和真空浇铸成型制坯2种。挤压法生产的复合棒,由于变形量大(一般变形量在95%以上)且挤压时金属处于三向压应力状态,在高压下伴随巨大的变形,钛铜界面产生深度冶金结合,一般会形成较宽的复合波和复合带,复合强度较高。特别是真空浇铸锭坯,在复合锭的制造过程中,钛和铜已形成冶金结合,为制造复合性能良好的复合棒材创造了非常好的基础条件。

挤压法生产钛铜复合棒的优点是,复合棒的复合强度高,复合牢度好,在电极加工中车削螺纹时,车削速度快,进刀量大,不出现钛铜分离;生产效率高,适合于大批量生产方式。缺点是,挤压棒材表面粗糙度稍差,抗弯曲性能较低。

挤压棒材再经一定量的冷拉伸后,使复合棒的抗弯曲性能得到提高,表面粗糙度也得到改善,且产品尺寸精度得到提高,取得了良好的效果。很受用户欢迎。当前市场上供应的钛铜复合棒材主要是采用挤压+拉伸法生产的。

挤压用复合锭坯的2种不同制备方法各有其特点,而且对产品的性能有一定的影响:铜棒套钛管焊接制锭:采用这种制坯方式一般所用钛管外径为φ585mm~φ125 mm,壁厚为6 mm~7 mm,牌号为TA1或TA2,铜棒采用T2纯铜。制坯时将车好的铜棒装入管材内,然后用氩弧焊将同牌号的钛板与管端焊接封住两端。用此方法生产锭坯,要求对管材内表面和铜棒表面进行彻底清理,如果表面有残留灰尘、油污、或其他外来物,将会影响挤压时钛和铜的良好结合,使复合性能变坏、导电性能下降。此方法的优点是工序简单,设备投资少;其缺点是焊接质量直接会影响产品质量和成材率,因为复合棒的挤压变形量很大,特别是前应力集中,若出现虚焊或焊接深度不够,会在挤压时产生脱节等质量问题。

真空浇铸成型制坯:是采用车光的铜锭,真空下在其外表面浇铸上钛层。由于整个过程是在真空下进行的,所以钛铜复合面不会受到污染。同时,外层钛从高温下降到室温产生的收缩使结合面更加紧密,而且整个钛层是一个整体,对挤压制品不产生不良影响。一般此方法所制锭坯直径约在φ200mm左右,挤压系数大约是铜棒套钛管焊接制锭的1倍变形量更大,非常有利于提高复合强度和复合波宽度。此方法的缺点是设备投资大,操作复杂,过程控制要求高,同时在生产矩形和扁形复合棒时,宽厚比受到一定的影响。目前,复合棒的宽度/厚度>6时,生产有一定的困难。

挤压法生产复合棒,对产品形状的适应性强,较为灵活,基本不受形状的限制,目前采用挤压法生产的钛一铜复合棒有圆形、方形、鼓形、矩形、扁形及异形等,是所有生产方法中品种最全的方法。

2.3 爆炸或爆炸+轧制法

爆炸法是先将铜棒装入钛管内,在钛管外均匀的布以炸药,采用雷管引爆炸药,使铜棒和钛管在爆炸力的作用下形成复合。由于钛铜复合棒断面尺寸一般较小,采用爆炸法生产效率低,造成成本较高,目前工业化生产中基本没有人采用此方法。

爆炸+轧制法是采用较大尺寸的钛管和铜棒,经爆炸法制成坯料,再采用孔型轧制的方法生产成成品复合棒材,爆炸制坯示意图见图1。此方法相对于直接爆炸法,其优点是,可提高效率、降低成本。生产出的复合棒材复合强度等指标也较好。但由于轧制加工量不宜过大,即延伸系数不大,不太适宜于大批量生产。同时,对于矩形复合棒,其角部不易充满。道次变形量控制不好可能会出现压折或耳子。由于采用成品热轧方式,复合棒的抗弯曲性能要差一些,对使用有影响。

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目前采用该方法仅生产出矩形和扁形棒,对于采用轧制方式生产其他形状的复合棒材是否适应,还需进一步试验。同时,爆炸+轧制法的工业化生产还需进一步探索。

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表1是不同工艺生产的钛铜复合棒材的部分性能测试数据。

3、结 语

综上所述,钛铜复合棒的生产方式较多,各有其特点,而且还会不断有新的生产方式出现,并不断发展和完善。只要满足市场需求、符合标准规定,均值得推广和应用。

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