[发明专利]一种Al/Pb层状复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al/Pb复合材料的制备方法，特别涉及一种Al/Pb层状复合材料的制备方法，属于金属材料和熔盐化学领域。

背景技术

金属Pb及其合金由于其优异的耐腐蚀能力和电催化能力，而广泛应用于湿法冶金、铅酸电池、有机物合成等电化学领域。但由于铅密度大、导电性能差、机械强度低，其在实际应用过程中会增加劳动强度、提高电极电阻电压降以及易发生蠕变、翘曲变形，对电化学过程产生不利影响。因此，提高Pb合金电极的电导率和机械强度，降低整个电极的重量显得尤为重要。

相对于金属Pb，金属Al具有以下优势：(1)Al的导电性能好，导电率为Pb的7倍；(2)Al的机械强度高，抗拉强度为Pb的5倍以上；(3)Al是大规模产业化的金属，材料易得且价格便宜；4)Al的重量轻，密度仅为Pb的24％。因此，若能在金属Al两侧制备结构牢固的Pb层，形成Al/Pb复合材料，将可综合两种金属的优势，全面提高Pb电极的性能。然而金属Al与Pb在热力学体系中被划分为难混溶体系，而且金属Al在空气中极易形成一层致密的氧化物薄膜，很难在在Al基体表面形成一层致密、无孔、与基体结合力良好的Pb镀层。

传统的铝表面镀铅工艺，一般需要先在铝基体表面镀制过渡层，如专利200710065927.3公布了一种铅-铝复合阳极板的制备方法，利用浸渍的方法在铝板表面预先镀一层其它金属，然后在表面浇铸一层Pb合金。专利01135605.7公布了一种铅镀轻型高导板栅的生产方法，需要在铝板表面预先浸镀锌或铜作为过渡层。专利200910094290.X公布了一种铝及铝合金表面直接电镀铅的方法，铝基体在镀铅之前要经过机械打磨、除油、碱蚀、酸洗工序，且在碱蚀和酸洗工序之间还有电净、活化工序。虽然此法省去了预镀过渡层的步骤，但所需的预处理步骤多而复杂，且只能得到纯铅镀层，镀层与基体之间非冶金结合，不利于其实际应用。俄罗斯的L.A.Yolshina将金属Al浸入含Pb组元的氯化物熔盐中进行化学镀Pb，获得了结合力良好的Pb镀层。该方法工序简单，在化学镀的过程中基体是一个消耗的过程，可以保证基体永远是一新鲜表面，没有氧化层，这可以大大提高Al与Pb的结合力。但是，所用熔盐中含有LiCl和KCl，而LiCl价格较贵，KCl吸水严重，这增加了制备成本和难度。再加上该熔盐体系只能镀制纯Pb镀层，且难以实现Pb镀层对Al基体的完整覆盖，镀层存在孔洞，Al/Pb之间未形成冶金结合，严重影响了Al/Pb复合材料的应用。发明人前期对将熔盐体系进行了改进，并在熔盐化学镀之后增加了金属浴步骤，虽可使镀层完整，且结合力增加，但也存在如下问题：1)辅盐SnCl₂的加入虽可促进元素的互相扩散，但金相照片中未发现明显的过镀层，且熔盐表面起泡严重，对镀制过程十分不利；2)金属浴步骤虽然可控制镀层成分，但镀层的厚度较薄，在铅酸电池正、负极工作电压下循环时，很快就会起皮，脱落；3)基体预处理为机械打磨，不能处理复杂形状的基体。而水溶液预处理虽然对基体形状无要求，但处理好基体的干燥过程会使新鲜基体再一次氧化，对镀层与基体的结合极为不利；4)由于整个过程时间较短，元素的互相扩散不充分，镀层与基体的结合力不够。

因此，需要对该方法还需要进一步的改进。

发明内容

本发明针对传统熔盐化学镀方法的不足，对熔盐体系和工艺进行了全面改进，并对其具体工艺参数进行了描述，使所得Al/Pb复合材料结合牢固、厚度和成分可控。

本发明一种Al/Pb复合材料的制备方法，包括下述步骤：

第一步：基体表面预处理

将Al或Al合金基体在至少包含一种氯化物和一种氟化物的混合熔盐中浸泡；所述氯化物和氟化物的金属元素为Al、Na、K、Ca、Mg、Li中的至少一种；所述混合熔盐温度为250-600℃，浸泡时间为30s～10min；

第二步：表面化学镀

将第一步得到的Al或Al合金基体置于PbCl₂-NaCl-CaCl₂的熔盐中，所述熔盐温度为350℃～550℃，化学镀时间为30s～5min；在Al或Al合金基体表面镀覆一层三元合金过渡层；

第三步：金属浴

将第二步得到的试件置于Pb或Pb合金(Pb-Me)熔体中，至少进行一次表面金属浴，所述Pb或Pb合金(Pb-Me)熔体的温度为320～550℃，所述一次金属浴的时间为3～60s；即得到Al/Pb复合材料。