1、鈦銅復(fù)合工藝介紹
金屬陽(yáng)極電解槽生產(chǎn)燒堿被譽(yù)為氯堿工業(yè)的一次革命。鈦銅復(fù)合棒（鈦包銅）是金屬陽(yáng)極的主要部件，它將銅的優(yōu)良導(dǎo)電性和鈦的優(yōu)異耐腐蝕性融為一體，成功的代替了石墨陽(yáng)極，使其壽命提高了10倍以上，可節(jié)能(電)20％以上，并提高了燒堿的純度，是1種優(yōu)異的電極材料。
近來(lái)，有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)鈦．銅復(fù)合棒作為導(dǎo)電棒已應(yīng)用于電解銅行業(yè)，使用后提高了導(dǎo)電性能和電流效率，減少了電能消耗。同時(shí)提高了電極使用壽命，并降低了維修成本。
鈦銅復(fù)合棒自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，得到了迅速發(fā)展。首先是1968年意大利的Derona公司和美國(guó)的鋁石公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，世界上許多國(guó)家，如日本、美國(guó)、西德、法國(guó)、意大利等相繼采用鈦陽(yáng)極代替石墨陽(yáng)極，投入工業(yè)化生產(chǎn)。
我國(guó)是1973年開(kāi)始鈦．銅復(fù)合棒的研制與開(kāi)發(fā)的，上海異型鋼管廠、寶雞有色金屬加工廠、西北有色金屬研究院、北京有色金屬研究總院等單位相繼進(jìn)行了鈦銅復(fù)合棒的研制和生產(chǎn)。鈦銅復(fù)合棒的生產(chǎn)方法較多，國(guó)外主要采用爆炸復(fù)合法或鈦管套銅棒等方法。國(guó)內(nèi)最初也有采用鈦管內(nèi)插入銅棒，然后澆鉛連接制成導(dǎo)電棒，這種復(fù)合棒材一是不易制作，二是導(dǎo)電性不穩(wěn)定，造成槽壓上升。后來(lái)有人采用鈦管套銅棒+拉伸的方法生產(chǎn)復(fù)合棒。
目前主要生產(chǎn)鈦銅復(fù)合棒的廠家采用擠壓法生產(chǎn)，擠壓錠坯的制作方式開(kāi)始采用大直徑厚壁鈦管坯，內(nèi)部裝入圓銅棒，兩端再用鈦板封上，這種制坯方式由于銅錠和鈦管之間的問(wèn)隙存有氣體，高溫下會(huì)影響復(fù)合棒的復(fù)合質(zhì)量。寶雞有色金屬加工廠從1982年開(kāi)始設(shè)計(jì)了1種獨(dú)特的錠坯制作方式，采用真空澆鑄法，使錠坯的鈦和銅之間形成冶金結(jié)合，有效提高了復(fù)合棒材的復(fù)合質(zhì)量。擠壓法生產(chǎn)的鈦銅復(fù)合棒，因其是熱加工產(chǎn)品，在實(shí)際使用時(shí)，發(fā)現(xiàn)其抗彎曲性能較差，且表面粗糙度不好，后來(lái)對(duì)擠壓棒材加以適量的冷拉伸，一方面提高了棒材的抗彎曲性能，另一方面改善了棒材的表面粗糙度。經(jīng)用戶的多年使用，反映良好。
20世紀(jì)80年代末，也有采用爆炸法生產(chǎn)鈦．銅復(fù)合棒的，但因效率低、成本高而未形成生產(chǎn)能力。近幾年有人采用爆炸+軋制法生產(chǎn)復(fù)合棒也獲得了成功。
2、主要生產(chǎn)方法及其基本特點(diǎn)
2.1 拉伸法
拉伸法是我國(guó)早期采用的鈦銅復(fù)合棒的生產(chǎn)方法之一。此方法的原理是通過(guò)一定的拉伸變形量而使外層鈦和內(nèi)部銅棒之間產(chǎn)生結(jié)合。此方法的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，生產(chǎn)成本較低。但缺點(diǎn)是，一般拉伸變形量不大，鈦銅結(jié)合緊密程度差，復(fù)合強(qiáng)度低；變形量過(guò)大時(shí)，由于冷作硬化以及變形不均勻的影響，造成鈦銅不易結(jié)合，甚至不結(jié)合的現(xiàn)象，復(fù)合棒材在使用時(shí)，對(duì)導(dǎo)電性能有影響。
2.2 擠壓或擠壓+拉伸法
擠壓法生產(chǎn)鈦銅復(fù)合棒是20世紀(jì)80年代初開(kāi)發(fā)的1種生產(chǎn)技術(shù)，按擠壓錠坯制備方式分為銅棒套鈦管焊接制坯和真空澆鑄成型制坯2種。擠壓法生產(chǎn)的復(fù)合棒，由于變形量大(一般變形量在95％以上)且擠壓時(shí)金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，在高壓下伴隨巨大的變形，鈦銅界面產(chǎn)生深度冶金結(jié)合，一般會(huì)形成較寬的復(fù)合波和復(fù)合帶，復(fù)合強(qiáng)度較高。特別是真空澆鑄錠坯，在復(fù)合錠的制造過(guò)程中，鈦和銅已形成冶金結(jié)合，為制造復(fù)合性能良好的復(fù)合棒材創(chuàng)造了非常好的基礎(chǔ)條件。
擠壓法生產(chǎn)鈦銅復(fù)合棒的優(yōu)點(diǎn)是，復(fù)合棒的復(fù)合強(qiáng)度高，復(fù)合牢度好，在電極加工中車(chē)削螺紋時(shí)，車(chē)削速度快，進(jìn)刀量大，不出現(xiàn)鈦銅分離；生產(chǎn)效率高，適合于大批量生產(chǎn)方式。缺點(diǎn)是，擠壓棒材表面粗糙度稍差，抗彎曲性能較低。
擠壓棒材再經(jīng)一定量的冷拉伸后，使復(fù)合棒的抗彎曲性能得到提高，表面粗糙度也得到改善，且產(chǎn)品尺寸精度得到提高，取得了良好的效果。很受用戶歡迎。當(dāng)前市場(chǎng)上供應(yīng)的鈦銅復(fù)合棒材主要是采用擠壓+拉伸法生產(chǎn)的。
擠壓用復(fù)合錠坯的2種不同制備方法各有其特點(diǎn)，而且對(duì)產(chǎn)品的性能有一定的影響：銅棒套鈦管焊接制錠：采用這種制坯方式一般所用鈦管外徑為φ585mm～φ125 mm，壁厚為6 mm～7 mm，牌號(hào)為T(mén)A1或TA2，銅棒采用T2純銅。制坯時(shí)將車(chē)好的銅棒裝入管材內(nèi)，然后用氬弧焊將同牌號(hào)的鈦板與管端焊接封住兩端。用此方法生產(chǎn)錠坯，要求對(duì)管材內(nèi)表面和銅棒表面進(jìn)行徹底清理，如果表面有殘留灰塵、油污、或其他外來(lái)物，將會(huì)影響擠壓時(shí)鈦和銅的良好結(jié)合，使復(fù)合性能變壞、導(dǎo)電性能下降。此方法的優(yōu)點(diǎn)是工序簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少；其缺點(diǎn)是焊接質(zhì)量直接會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量和成材率，因?yàn)閺?fù)合棒的擠壓變形量很大，特別是前應(yīng)力集中，若出現(xiàn)虛焊或焊接深度不夠，會(huì)在擠壓時(shí)產(chǎn)生脫節(jié)等質(zhì)量問(wèn)題。
真空澆鑄成型制坯：是采用車(chē)光的銅錠，真空下在其外表面澆鑄上鈦層。由于整個(gè)過(guò)程是在真空下進(jìn)行的，所以鈦銅復(fù)合面不會(huì)受到污染。同時(shí)，外層鈦從高溫下降到室溫產(chǎn)生的收縮使結(jié)合面更加緊密，而且整個(gè)鈦層是一個(gè)整體，對(duì)擠壓制品不產(chǎn)生不良影響。一般此方法所制錠坯直徑約在φ200mm左右，擠壓系數(shù)大約是銅棒套鈦管焊接制錠的1倍變形量更大，非常有利于提高復(fù)合強(qiáng)度和復(fù)合波寬度。此方法的缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，操作復(fù)雜，過(guò)程控制要求高，同時(shí)在生產(chǎn)矩形和扁形復(fù)合棒時(shí)，寬厚比受到一定的影響。目前，復(fù)合棒的寬度／厚度>6時(shí)，生產(chǎn)有一定的困難。
擠壓法生產(chǎn)復(fù)合棒，對(duì)產(chǎn)品形狀的適應(yīng)性強(qiáng)，較為靈活，基本不受形狀的限制，目前采用擠壓法生產(chǎn)的鈦一銅復(fù)合棒有圓形、方形、鼓形、矩形、扁形及異形等，是所有生產(chǎn)方法中品種最全的方法。
2.3 爆炸或爆炸+軋制法
爆炸法是先將銅棒裝入鈦管內(nèi)，在鈦管外均勻的布以炸藥，采用雷管引爆炸藥，使銅棒和鈦管在爆炸力的作用下形成復(fù)合。由于鈦銅復(fù)合棒斷面尺寸一般較小，采用爆炸法生產(chǎn)效率低，造成成本較高，目前工業(yè)化生產(chǎn)中基本沒(méi)有人采用此方法。
爆炸+軋制法是采用較大尺寸的鈦管和銅棒，經(jīng)爆炸法制成坯料，再采用孔型軋制的方法生產(chǎn)成成品復(fù)合棒材，爆炸制坯示意圖見(jiàn)圖1。此方法相對(duì)于直接爆炸法，其優(yōu)點(diǎn)是，可提高效率、降低成本。生產(chǎn)出的復(fù)合棒材復(fù)合強(qiáng)度等指標(biāo)也較好。但由于軋制加工量不宜過(guò)大，即延伸系數(shù)不大，不太適宜于大批量生產(chǎn)。同時(shí)，對(duì)于矩形復(fù)合棒，其角部不易充滿。道次變形量控制不好可能會(huì)出現(xiàn)壓折或耳子。由于采用成品熱軋方式，復(fù)合棒的抗彎曲性能要差一些，對(duì)使用有影響。
目前采用該方法僅生產(chǎn)出矩形和扁形棒，對(duì)于采用軋制方式生產(chǎn)其他形狀的復(fù)合棒材是否適應(yīng)，還需進(jìn)一步試驗(yàn)。同時(shí)，爆炸+軋制法的工業(yè)化生產(chǎn)還需進(jìn)一步探索。
表1是不同工藝生產(chǎn)的鈦銅復(fù)合棒材的部分性能測(cè)試數(shù)據(jù)。
3、結(jié) 語(yǔ)
綜上所述，鈦銅復(fù)合棒的生產(chǎn)方式較多，各有其特點(diǎn)，而且還會(huì)不斷有新的生產(chǎn)方式出現(xiàn)，并不斷發(fā)展和完善。只要滿足市場(chǎng)需求、符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，均值得推廣和應(yīng)用。
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