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    宝鸡钛包铜厂家谈钛铜复合棒及其标准化

    发布时间 :2022-02-24 18:27:49 浏览次数 :

    前言

    钛铜复合棒自从20世纪60年代问世以来,得到了迅速发展。钛铜复合棒是金属阳极的主要部件,他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10倍以上,可节能(电)20%以上,并提高了烧碱的纯度。是一种优异的电极材料。以钛铜复合棒(钛包铜)为导电主要部件的金属阳极电解槽生产烧碱被誉为氯碱工业的一次革命。

    钛包铜

    1、钛铜复合棒的开发和发展

    钛一铜复合棒是1968年意大利的Demna公司和美国的铝业公司联合开发的。70年代开始世界上许多国家,如日本、美国、西德、法国、意大利等国家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,上海电化厂等单位采用钛管内插入铜棒,然后浇铅连接制成导电棒,制成阳极电解槽。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。同时国内也有人采用钛管套铜棒+拉伸的方法生产复合棒。

    80年代初,宝鸡有色金属加工厂、北京有色金属研究总院、上海异型钢管厂等单位采用挤压法生产钛铜复合棒,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间隙存有气体,高温下会影响复合棒的复合质量。

    1982年宝鸡有色金属加工厂设计了一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。

    80年代末,也有采用爆炸法生产钛一铜复合棒的,但因效率低、成本高、且尺寸精度不易控制而未形成生产能力。

    这一阶段复合棒的品种较少,主要为方形和鼓形(官形)。加工状态为热挤压态(R)和冷拉伸态(Y)。

    到90年代,除国产电解槽的更新改造外,国外进口电解槽的国产化对钛一铜复合棒提出了更高的要求。新的钛铜复合棒的形状、规格等出现了多样化,如圆形、扁形、矩形复合棒等相继被开发和生产出来。有些形状的复合棒的生产,对原生产方法提出了挑战,如宽厚比较大的矩形和扁形复合棒,生产难度就很大。宝鸡有色金属加工厂曾采用挤压+轧制的 生产方法生产过大宽厚比的矩形和扁形复合棒,但因复合棒外形不易控制,如角部不能完全充满、孔型结合部出现尺寸不规整或耳子等现象。后来采用挤压+拉伸的方法生产出尺寸合格、质量优异的复合棒。

    复合棒的最小厚度可生产到10ram、宽度50mm。但由于生产方式的局限性,对于宽厚比大于6的矩形和扁形复合棒生产难度太大。

    近几年有人采用爆炸+轧制法生产矩形和扁形复合棒,也获得了成功。

    2、钛铜复合棒的性能

    钛铜复合棒作为金属阳极的主要部件,其主要作用有3点:一是支撑阳极;二是作为导电体;三是耐腐蚀。

    要担负起支撑阳极的作用,就要求钛铜复合棒有一定的强度和抗弯曲性能??疾捎眉费棺刺?R)直接供应时,用户反映棒材较软,即抗弯曲性能有点差,经检测,在跨距L=300mm、压力245MPa时,产生微变形。后来采用挤压+拉伸工艺后,相同跨距情况下,压力达490MPa时,才产生微变形。棒材的屈服强度达到123MPa,完全满足设计要求。

    对于导电性能,其关键因素是钛铜的复合状态,只有完全复合,并不产生脱层,才能具有良好的导电性能。

    复合状态一般采用以下检验方法:一种是采用超声波检验,观察结合层是否紧密;第二种是复合牢度车削检验,即经表面车削,使钛层沿周向断开后,检测钛层是否分离。第三种是复合强度测定,即经测定复合层拉剪或剪切强度,以确定复合层的结合程度。

    超声波探伤可直接检测出复合棒任何部位的钛铜复合状况,直接有效的反映出复合棒的复合程度。复合牢度车削检验法也可直接反映出复合棒钛铜复合的紧密程度,但由于属破坏性检验,抽样数量有限,不能全面的复合棒的所有部位的复合情况。复合强度测定是定量反映复合棒结合性能的指标,经大量检测,挤压+拉伸法生产的钛铜复合棒复合强度达到 133MPa,拉剪强度达到160—255MPa。

    钛铜复合棒具有良好的导电性能,经检测,挤压+拉伸法生产的复合棒微电阻为7.77×10“Q。耐蚀性,钛铜复合棒外层直接与电解介质接触,外层的纯钛具有优异的抗腐蚀性能,其寿命比石墨电极长10倍以上。

    3、钛铜复合棒的标准化

    我国从70年代开始研制生产钛铜复合棒以来,开始采用由材料生产厂和使用单位签定的技术协议供货。到80年代中期,由于阳极电解槽的大量应用,钛铜复合棒的需求量大幅度增加,仅宝鸡有色金属加工厂一家每年就为市场提供数百吨的复合棒产品。

    为规范市场、方便采购和供应,宝鸡有色金属加工厂制定了钛铜复合棒企业标准(Q/BS5332—1985)。90年代初,为适应市场需求,由中国有色金属工业总公司提出、宝鸡有色金属加工厂负责起草,制定了我国第一版钛铜复合棒专用国家标准:GB/T 12769—1991钛铜复合棒,并于1991年3月发布实施。至此,我国钛铜复合棒有了统一的技术规范。

    1991版钛铜复合棒国标,是在宝鸡有色金属加工厂钛铜复合棒企业标准(Q/BS5332—1985)的基础上起草的。在产品的规格形状上,由于当时市场需求现状,仅收入了方形和鼓形(宫形)两种形状、7个规格的复合棒材。在生产方式上,仅规定了挤压法、挤压+拉伸法。复材的牌号也只是规定了铸态的两个牌号ZTAl和ZTA2。

    对复合质量,标准中规定了两种检验方式:一是车削检验,做为必检项目;二是超声波检验,做为可选项目,当用户要求并在合同中注明时采用。

    2001年,根据市场变化情况,宝鸡有色金属加工厂提出对GB/T 12769—1991版进行修订。中国有色金属工业协会批准并下达了修订计划,由宝鸡有色金属加工厂负责对钛铜复合棒国家标准的修订起草工作,北京有色金属研究总院和西北有色金属研究院参加起草。

    该修订版本已于2002年10月在杭州通过审定,2003年11月批准,并经国家质量监督检验检疫总局发布。GB/T 12769—2003新版于2004年5月1日起实施。

    4、钛铜复合棒(GB/T12769—2003)版起草说明

    (1)GB/T12769—2003是对1991版本的修订。

    (2)由于目前国际和国外均未查到钛铜复合棒的相关标准,本标准的修订是在国标1991版的基础上,结合我国市场需求现状编制的,适合于国情,并使标准更科学、更合理。

    (3)以下就本次修订的主要变化及特点等说明如下。

    a、生产方法:在原标准“热挤压法、热挤压+拉伸法”的基础上增加了“爆炸复合法或爆炸复合+热轧制法”。

    b、复材牌号:原标准中只有ZTAl和ZTA2两个牌号,鉴于目前复合棒的生产方式的多样性,有些生产厂家采用加工材——管材做坯料,所以复合材牌号增加了TAl和TA2两个牌号。

    c、产品断面形状和规格:原标准中只有方形和宫形(鼓形)两种断面形状的7个规格的复合棒材。

    2003新版标准中在产品形状上增加了圆形、扁形和矩形三种断面、16个规格的产品。表1中列出了2003版与1991版复合棒断面形状和规格尺寸(其中带*的规格为1991版的产品规格。

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    d、化学成分:原标准中化学成分要求符合GB/T6614的规定,本次修订时,rAl和TA2要求符合GB/13620的规定;ZTAl和ZTA2符合GB/T15073的规定。比较明确,有利于执行。

    e、尺寸及允许偏差:本次修订时,对原标准中的方形和鼓形(宫形)两种断面形状的复合棒材的尺寸允许偏差进行了调整,基本上在原标准基础上对精度要求均予以提高。特别是热加工态(R)的尺寸公差,精度要求大幅度提高。公差对比见表2。

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    f、复合质量

    表3是1991版和2003版标准中对复合质量要求的描述,从表中可以看出,1991版对复合质量的检测主要采用车削法进行,而2003版则取削了车削法,将超声波探伤法作为必检项目。这是由于在过去的十几年中,主编单位宝鸡有色金属加工厂对方形和鼓形复合棒进行车削检验中,从未出现钛铜分离现象。同时,车削检验本身不是非常合理。一是他本身属于破坏性试验;二是采用抽样检验,试样只是代表试样;三是车削法当时仅适用于方形和鼓形复合棒,对于方形和矩形根本就不适用。而本次修订时采用超声波100%检验,既科学、又合理,可全面保证棒材的复合状况。

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    (4)因无相应的国际标准和国外先进标准,本标准2003年版被专家评定为际水平。

    (5)GB/T12769—2003的实施,不仅能更好地满足用户的使用要求,还必将推动我国钛铜复合棒质量的进一步提高,促进钛铜复合棒的广泛应用和发展。

    参考文献

    [1] 李中等.钛工业进展(J].1995,(6):34.35

    [2] 施孔新.稀有金属材料与工程[J],1988,(2):68—70

    [3] 魏寿庸.稀有金属材料与工程[J],1990,(4):66

    [4] 黄永光.金属学报[J],1999,35(增刊1):651—654

    [5] 孔宪平等.钛工业进展(J],2003,(2):25—27

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