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钛表面刷镀

钛电极局部导电改性刷镀技术

发布时间:2019-05-22 07:29:43    来源:费敬银原创

钛电极局部导电改性刷镀技术

费敬银

西北工业大学 710072

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Mobile: 13991120876

摘要:

以FJY系列中性、环保、光亮电刷镀锡技术为基础,利用钛材表面“四合一”活化前处理技术,可在钛电极与汇流排搭接的表面上进行镀锡导电改性,从而有效地降低了钛电极的表面接触电阻,提高了钛基DSA电极的电位控制精度。

 

1. 前言

自从1965年Beer首次开发出了钛基二氧化钌涂层阳极以来,电化学用DSA(Dimensinal Stable Anode)材料发生了革命性的变化,由传统的石墨阳极、铂阳极(或镀铂阳极)、铅及其合金阳极等,逐步发展为以钛为基材进行表面催化改性的新型阳极材料(Surface Modified Catalytic Titanium Anode)。

此外,人们还利用钛表面上电沉积金属物易剥离的特点,将纯钛用作可剥离阴极材料(如制造铜箔的阴极棍、电解精炼金属的母板等)。在废物回收和污水治理、处理领域,钛正逐步成为常用的阴极材料之一。

钛不论是用作阳极材料、还是阴极材料,都要求纯钛的表面有良好的电子导电性。然而,钛是一种易钝化金属,在大气、甚至是在多数的酸性水溶液(含氟的酸例外)中,钛的表面极易生成导电不良的氧化膜,增加了钛电极表面的接触电阻。接触电阻的存在不仅额外增加了能耗、降低阳极使用寿命,也改变了电解槽槽压的可控性,甚至改变了电极反应的种类。因此,在钛电极产品的生产过程中,均需要在钛电极与回流排的搭接面上,镀覆一层导电性能良好、不易钝化的金属表面层。

 

2. 钛表面导电镀层的种类

2.1 镀铂

铂是一种化学性质稳定的金属材料。早期电化学工业中使用的不溶性阳极多由纯铂制造。由于金属铂价格昂贵,除非有特殊要求,一般多用镀铂电极代替纯铂电极使用(如电导分析用的镀铂电极或铂黑电极等)。伴随着钛材工业的发展,表面镀铂的钛电极(如镀铂钛板、镀铂钛网等)的应用越来越普遍。

早在1997年,西北工业大学就将其开发的FJY低温镀铂技术,应用于钛基阳极槽、钛基DSA电极背板表面的局部导电改性(下图中的圆环部分即是镀铂层)。

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2.2 镀银

银是电子导电能力最强(25℃时电导率为6.33×lO5Ω-1·cm-1)、化学稳定性较好的金属材料。在电子、电器、大功率电力传输设备的电连接表面上,常采用镀银工艺进行导电改性处理。然而,从国内外公开报道的文献来看,目前仍采用有氰镀银液进行镀银生产,存在严重的安全隐患和环境污染问题。

解决有氰镀银液剧毒问题的根本出路在于使用本质上不含任何形式CN的无氰镀银液。为此,自从有氰镀银技术问世以来,无数科技工作者一直致力于无氰镀银技术的研究与应用。

1992年之后,FJY系列环境友好型无氰电刷镀银技术逐步用于钛材表面的镀银生产。如铜箔生产关键设备——生箔辊表面的无氰电刷镀银、电解工业用大电流DSA电解阳极——PS钛基阳极板的局部表面无氰镀银等,均是首次采用FJY刷镀技术加工生产的。下图是钛基阴极辊无氰镀银、及该项目获奖证书照片。

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2.3 镀镍

近年来,充电汽车工业的发展异常迅速,充电电池行业爆发式增长,对铜箔原料的需求剧增,阴极辊产量居高不下,生箔辊制造业竞争日趋激烈。为了降低生箔辊的制造成本,人们开始用镀镍代替镀银进行热装阴极辊的生产。西北工业大学再次率先开发出了专用于钛材表面镀镍生产的超低应力自补偿刷技术,可使钛材表面导电改性处理成本下降了三分之二以上。下图是钛基阴极辊镀镍照片。

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3.钛电极表面镀锡工艺及应用

西北工业大学曾经开展过钛材表面镀铜的研究工作(如钛合金石油钻采工具螺纹的表面防粘扣镀铜等),但该技术不太适合钛电极的表面导电改性。因为在钛电极的使用过程中,铜镀层的化学氧化会使铜表面接触电阻大幅度增加。为了解决铜的氧化发黑问题,在电子、电器、电力工业中,对于铜基导体,大多都要求对其进行防氧化镀锡处理。

3.1 FJY钛电极镀锡工艺及说明

电净,FJY钛活化“四合一”,FJY高韧性镀铜,FJY高稳定中性镀锡。

电净的作用是去除钛电极表面的污物。

FJY钛活化“四合一”的作用是提供适合待镀基础表面,便于后续施镀。

FJY高韧性镀铜属于过渡镀层。

FJY高稳定中性镀锡的作用是提高钛材表面的电子导电性,并能长期保持导电性能稳定。

3.2 FJY钛电极镀锡应用

在使用温度不是特别高的导电环境中,可广泛使用具有环境友好特性的FJY钛电极镀锡技术进行钛电极表面导电改性。成本低廉、施工方便。下图是钛电极镀锡照片以及施工现场视频。

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4.结论

西北工业大学长期致力于钛电极材料的表面改性研究与应用工作,先后开发了用于钛材表面改性的低温镀铂、无氰镀银、高韧性镀镍、防粘扣镀铜,以及环境友好的高稳定中性镀锡技术。中性镀锡技术不仅解决了钛电极表面镀银存在的变色(发黑)问题,也大幅度地降低了钛电极的生产成本。

 

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