[發明專利]具有摩擦攪拌焊接接頭的電化學陽極及制備該陽極的方法

有效

• 申請號: 201180042521.8
• 申請日: 2011-07-08
• 公開（公告）號: CN103080384A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: T·W·埃里斯;M·布爾;E·瓊斯
• 申請（專利權）人: RSR科技股份有限公司
• 主分類號: C25C7/02
• 分類號: C25C7/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張平元

發明人

T.W.埃里斯，M.布爾，E.瓊斯

技術領域

大體上，本發明涉及電化學過程特別是在采礦業中使用的鉛陽極，更特別涉及使用摩擦攪拌焊制備上述陽極的方法。

背景技術

根據傳統實踐，在采礦業中使用的鉛陽極中的接頭(joint)采用傳統鉛焊方法(例如吹管焊接)形成，在該方法中鉛被手工熔化形成焊縫或接頭。然而，伴隨著傳統鉛焊方法存在一系列缺點，將在下文中被討論。

傳統鉛焊方法給工人帶來了高度危險性。首先，產生焊縫的過程中產生的熱量可導致工人受到傷害。其次，鉛熔化過程中，周圍環境的鉛水平可上升至毒性的程度。如果被吸入，可導致鉛中毒-最古老的職業危害之一。結果是，多種身體機能受到影響，伴隨著大量器官惡化，包括心臟，骨，腸，腎臟，以及生殖和神經系統。

傳統鉛焊方法經常制造出具有有缺陷焊縫的陽極，其反復地導致產品不合格。通過培訓和采用特別有經驗的工人，有缺陷焊縫的可能性會降低，但不會被消除，因為盡管采用有經驗的工人，不完全焊縫還會發生。在這些不完全焊縫中，接頭視覺上看起來沒問題。然而，產生來形成焊縫的兩塊熔融區域(melt?pool)并沒有熔合，從而極大地降低了材料在用于電流傳輸和蠕變(即變形)抗性的陽極接頭中的可用性。

即使當制備出具有無缺陷接頭的陽極時，傳統鉛焊方法在圍繞陽極接頭區域的基底金屬結構(base?metal?structure)中，產生了不合需要的熱影響區域。在該熱影響區域，陽極中材料的晶粒結構通過用于產生接頭的熱量而改變。這被改變的晶粒結構可以進一步帶來抗腐蝕性的降低和抗蠕變性的下降。

并且，鉛和銅(用來制備陽極)不會天然地焊接在一起。正因為這樣，很多技術(如釬焊(soldering))在傳統鉛焊方法中被采用，以將鉛和銅連接起來，從而制備陽極。因此，除了前述缺點，由于在將鉛和銅連接起來中涉及的更多的制造時間和材料，傳統的陽極制備過程更加昂貴。

從而，由于傳統用于制備陽極的鉛焊技術充斥著問題，各公司必須為了安全，工人培訓，質量控制測試和制造花費昂貴的資源。至今，傳統的鉛焊技術已經無法足夠解決陽極工業中的這些問題。

上述觀點來看，在陽極制備技術中存在著大幅降低或消除現有技術缺陷的需求。

發明內容

根據本發明，傳統用來制備陽極的鉛焊技術的缺點通過提供具有使用摩擦攪拌焊(有時稱FSW)產生的接頭的電化學陽極而避免或減少。本發明的實施方式提供包括母線(bus?bar)及與其電耦連的陽極板的電化學陽極。摩擦攪拌焊接接頭被用來構造電化學陽極。

由于在摩擦攪拌焊中沒有熔化的鉛材料，暴露在鉛蒸氣中的工人和釋放到環境中的鉛蒸氣都被降低或消除。通過使用摩擦攪拌焊制備陽極，工人的安全性可以進一步被提高，因為這一過程不涉及使用熱量或要求工人們經受其制備過程中靠近焊接的傷害危險。并且，由于摩擦攪拌焊可是自動的，其降低了陽極中缺陷接頭形成的可能性，從而消除了人工過程偶然引起的的可變性。另外，摩擦攪拌焊制備了更加均一焊透厚度的焊接(uniform?through?thickness?weld)，且沒有由于熔融區域沒完全并接帶來的缺陷。摩擦攪拌焊也使得熱影響區域更小且陽極材料晶粒結構的嚴重改變更少。

使用本發明也使得更好的質量控制。已顯示，摩擦攪拌焊過程的質量和可靠性，使得質量控制測試的需要大幅度降低或消除。采用本發明的額外一個好處是，非破壞性評估技術如超聲波焊縫檢查可在鉛連接中被使用，這些評估技術在傳統鉛焊方法中不可使用。

由于摩擦攪拌焊產生了更少缺陷的陽極，降低勞動需求，且降低暴露于危險材料的可能性，將降低陽極制備的成本，增強工人的安全性，減少用戶的抱怨。

附圖說明

圖1-4，6A,和6B是根據本發明示例性實施方式采用摩擦攪拌焊構造的陽極的剖面圖；

圖5顯示根據本發明示例性實施方式已采用摩擦攪拌焊密封的陽極的末端；

圖7為一圖表，其詳述了根據本發明示例性實施方式的陽極制備中采用的工藝參數和負荷

發明詳述