專利名稱：釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于釬焊材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種釬焊鋁電解用陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫活性釬料。
背景技術(shù)：
目前鋁電解エ業(yè)采用的Hall-H6orUlt法，陽極都是碳素陽極。碳陽極制作過程中會(huì)產(chǎn)生大量浙青煙氣，電解過程中，陽極上析出的氧氣與碳陽極發(fā)生反應(yīng)，生成大量的CO2 和CO氣體，同時(shí)電解液中的氟與碳陽極發(fā)生反應(yīng)生成CF4和C2F6氣體，這些氣體排入大氣中，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。低能耗、低單位產(chǎn)能投資和減少溫室氣體排放等要求促進(jìn)了鋁電解エ業(yè)惰性陽極的研究開發(fā)。所謂惰性陽極就是在電解過程中不參與電化學(xué)反應(yīng)的陽扱， 在電解過程中基本不消耗，陽極反應(yīng)產(chǎn)物為氧氣，而不是ニ氧化碳，在節(jié)省大量資源的同時(shí)，保護(hù)了環(huán)境。鋁電解溫度為92(T970°C，惰性陽極在使用吋，電流由陽極母線引出，通過導(dǎo)線和金屬導(dǎo)電桿與陽極導(dǎo)通。惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿，是兩類性質(zhì)差異巨大的材料，原子結(jié)合方式根本不同，加上惰性陽極特殊的物理化學(xué)性能，使得惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的連接成為鋁電解エ業(yè)的難題。因此，惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿能否形成有效的、可靠的連接是確保惰性陽極成功實(shí)現(xiàn)エ業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵技木。陶瓷與金屬連接方法很多，常用的方法有活性金屬釬焊、擴(kuò)散焊、PVD金屬化、部分瞬間液相連接等。其中活性金屬釬焊以其エ藝簡(jiǎn)単、連接強(qiáng)度高、結(jié)果重復(fù)性好、接頭尺寸及形狀的適應(yīng)性廣和相對(duì)成本低等優(yōu)點(diǎn)而成為陶瓷/金屬連接的首選技木。目前，國內(nèi)外研究最多的活性釬料為銀基與銅基釬料，由于熔點(diǎn)的限制，銀基與銅基活性釬料的使用溫度一般低于600°C。美國專利7544275，采用CuZn合金做釬料(其中Cu 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%、Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%)，對(duì)惰性陽極和金屬導(dǎo)電桿進(jìn)行釬焊連接。該合金的熔點(diǎn)為87(T900°C，釬焊過程中部分Zn發(fā)生氧化，使得釬焊接頭熔點(diǎn)高于900°C，但高溫下接頭強(qiáng)度較低，不能滿足鋁電解エ業(yè)的要求。而在高溫系釬料中，相比昂貴的Pd基、Au 基釬料，Co基釬料更具實(shí)用價(jià)值。綜上所述，在釬焊陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫活性釬料的現(xiàn)有技術(shù)中， 尚未見諸適合上述應(yīng)用要求的高溫活性釬料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而研制一種用于陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿釬焊的高溫釬料，屬于Co-Cr-Ni-(Si、B)-(Zr、Hf、Ti、Ta)-(La、Ce、Nb) 系高溫活性釬料。本發(fā)明的釬料可以使陶瓷基惰性陽極不經(jīng)表面金屬化處理直接與金屬導(dǎo)電桿形成牢固的冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高而且高溫性能穩(wěn)定。本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明的用于釬焊鋁電解用陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫活性釬料的原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 15. 00 35· 00、Ni :5· 00 25· 00，以及Si :0. 05 10. 00或B : O. 05 5. 00 中的一種或兩種，Zr 0. 50 10· 00、Hf 0. 50 10· 00、Ti 0. 50 10· 00 或 Ta : O. 50^10. 00 中的一種或兩種以上，La 0. 01 O. 50、Ce 0. 01 O. 50 或 Nb 0. 01 O. 50 中的一
種或兩種以上，余量為Co。本發(fā)明的原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 18. 00^35. 00, Ni : 10. 00 25. 00，Si O. 5(TlO. 00，Zr 1. 0(Γ 0. 00，La :0. 02 O. 50，余量為 Co ;也可以Cr :18. 00 35· 00，Ni 10. 00 25· 00，Si 1. 00 9· 00，Hf 0. 50 8· 00，La 0. 0Γ0. 40，Ce 0. 0Γ0. 35，余量為 Co ；
本發(fā)明的原料及質(zhì)量百分比組成還可以為下述組成中的任意一種
Cr 15. 00 32· 00，Ni 5. 00 22· 00，B 0. 05 4. 50，Zr 0. 50 8· 00，La 0. θΓθ. 40，Ce
0.θΓθ. 50，余量為 Co。Cr 15. 00 32· 00，Ni :8· 00 22· 00，B :0· 50 5· 00，Zr :1· 00 8· 00，La 0. θΓθ. 40， Ce 0. θΓθ. 25，Nb 0. θΓθ. 30，余量為 Co。Cr :17. 00 35· 00, Ni :12. 00 25· 00, Si :0. 05 8· 00, B :1. 00 4· 00, Zr :1. 00 8· 00， Hf 0. 5(TlO. 00，La :0· θΓθ. 45，余量為 Co。Cr 17. 00 35· 00, Ni :12. 00 25· 00, Si 1. 00 8· 00, B 1. 00 4· 00, Zr 0. 50 6· 00， Hf 0. 50 8· 00，Ti 0. 50 5· 00，Ta 0. 50 5· 00，Nb 0. 02 0. 50，余量為 Co。Cr 17. 00 35· 00，Ni 12. 00 25· 00，Si 1. 00 8· 00，B 1. 00 4· 00，Ti
1.00 10· 00，Ta 0. 50 10· 00，Ce 0. θΓθ. 45，Nb :0· θΓθ. 35，余量為 Co。Cr 17. 00 35· 00，Ni 12. 00 25· 00，Si 0. 05 8. 00，B 0. 05 4. 00，Zr 0. 50 5· 00， Hf 0. 50 6· 00，Ti 0. 50 5· 00，Ta 0. 50 5· 00，La 0. θΓθ. 30，Ce :0· θΓθ. 30，Nb O. θΓθ. 30，余量為 Co。本發(fā)明所述高溫活性釬料的制備方法是，首先在氣體保護(hù)條件下采用電弧熔煉方法將此合金原料熔煉成合金錠，然后采用氣體保護(hù)霧化制粉設(shè)備制備粉末狀釬料。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明所述高溫活性釬料可以用來直接釬焊陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿，不需要在焊前對(duì)陶瓷基惰性陽極進(jìn)行表面預(yù)鍍膜或其它改性處理。本發(fā)明所制備的釬料與現(xiàn)有的釬料對(duì)比，對(duì)于陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿而言潤(rùn)濕性良好，釬焊接頭強(qiáng)度高而且高溫性能比較穩(wěn)定，970°C溫度下仍維持接頭室溫強(qiáng)度的609Γ70%，且本發(fā)明的釬料成分中不含貴金屬Pd和Au，成本低廉，粉末狀的釬料能滿足各種形式接頭釬焊的需要。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例做進(jìn)一步描述
表I給出了本發(fā)明技術(shù)方案所述高溫活性釬料的實(shí)施例及其每一個(gè)實(shí)施例中的原料及質(zhì)量百分比組成。
權(quán)利要求
1.一種釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 15. 00 35· 00、Ni :5· 00 25· 00，以及 Si :0. 05 10. 00 或 B 0. 05 5. 00 中的一種或兩種，Zr 0. 50 10· 00,Hf 0. 50 10· 00,Ti 0. 50 10· 00 或 Ta 0. 50 10· 00 中的一種或兩種以上，La :0. 01 O. 50,Ce :0. 01 O. 50或Nb :0. 01 O. 50中的一種或兩種以上，余量為Co。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于:其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 15. 00 30· 00，Ni :10. .00 25· 00，Si :0· 50 10· 00，Zr I. 5(TlO. 00，La 0. 0Γ0. 40，余量為 Co。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于釬焊鋁電解用陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫活性釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為=Cr 18. 0~35. .00，Ni :10. 00~25. 00，B .0.50 5· 00，Hf 1. 5~lO. 00，La :0· 01~0. 40，余量為 Co。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 16. 00 32· 00，Ni :5. .00 22· 00，B :0. 05 4· 50，Ti .1.00 10· 00，La :0· θΓθ. 40，Ce 0. θΓθ. 50，余量為 Co。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 16. 00 32· 00，Ni :5. .00 22· 00，B :0. 05 4· 50，Ta 1. 00 10· 00，La :0· θΓθ. 35，Ce 0. θΓθ. 40，Nb 0. θΓθ. 40，余量為 Co。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 17. 00 35· 00，Ni :12. .00 25· 00，Si :0. 05 8· 00，B 1. 00 5· 00，Zr 0. 50 8· 00、Hf 0. 50 8· 00、La 0. 02 O. 50，余量為 Co。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 17. 00 35· 00，Ni :12. .00 25· 00，Si :0. 05 8· 00，B .1.0~4. 00, Zr 0. 5~8. 00, Hf 0. 5~8. 00, Ti 0. 5~6. 00, Ta 0. 5~9. 00, Nb 0. 02、. 50， 余量為Co。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 17. 00 35· 00，Ni :12. .00 25· 00，Si :0· 50 8· 00，B .O.50 4· 00，Ta 0. 50 8· 00，La 0. θΓθ. 45，Ce 0. θΓθ. 35，Nb 0. θΓθ. 40，余量為 Co。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr 17. 00 35· 00，Ni :12. .00 25· 00，Si :0. 05 8· 00，B .O.05 4· 00，Zr :0· 50 5· 00、Hf :0· 50 6· 00、Ti 0. 50 8· 00、Ta 0. 50 8· 50，La 0. θΓθ. 45， Ce 0. θΓθ. 45，Nb 0. θΓθ. 45，余量為 Co。
全文摘要
一種釬焊鋁電解用惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿的高溫釬料，其特征在于其原料及質(zhì)量百分比組成為Cr15.00~35.00、Ni5.00~25.00，以及Si0.05~10.00或B0.05~5.00中的一種或兩種，Zr0.50~10.00、Hf0.50~10.00、Ti0.50~10.00或Ta0.50~10.00中的一種或兩種以上，La0.01~0.50、Ce0.01~0.50或Nb0.01~0.50中的一種或兩種以上，余量為Co。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所述高溫活性釬料可以用來直接釬焊陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿，不需要在焊前對(duì)陶瓷基惰性陽極進(jìn)行表面預(yù)鍍膜或其它改性處理，對(duì)于陶瓷基惰性陽極與金屬導(dǎo)電桿而言潤(rùn)濕性良好，970℃溫度下仍維持接頭室溫強(qiáng)度的60%~70%，且本發(fā)明的釬料成分中不含貴金屬Pd和Au，成本低廉，粉末狀的釬料能滿足各種形式接頭釬焊的需要。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102581517SQ20121009686
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者朱坤, 李濤, 潘建, 裴夤崟, 趙建昌, 鐘素娟, 馬佳, 鮑麗, 黃智泉, 龍偉民 申請(qǐng)人:鄭州機(jī)械研究所