一種鈦合金、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合金材料的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈦合金、制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦是一種結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)、功能新穎且可作為重要生物醫(yī)用材料的輕金屬，其具有低密 度、高強(qiáng)度、耐腐蝕、無(wú)磁性、無(wú)毒性、工作區(qū)寬、加工成形較好等諸多特點(diǎn)。因此，在當(dāng)前我 國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下，鈦及鈦合金開(kāi)始由航天航空和國(guó)防軍工領(lǐng)域逐漸進(jìn)入到民用領(lǐng) 域。鈦及鈦合金對(duì)提高耐蝕產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少消耗、降低能耗、降低成本、 防止污染、改善勞動(dòng)條件和提高生產(chǎn)率等方面都有十分重要的意義。
[0003] 隨著蝕刻液循環(huán)再生銅回收工藝的發(fā)展，人們進(jìn)行了陰極電極材料的諸多研究， 主要有石墨、銅片、不銹鋼板、工業(yè)純鈦板四種材料，但都存在以下缺陷：（1)石墨機(jī)械性能 稍差、易磨損，在一定條件下易氧化損耗，而且石墨等碳材料的析氫過(guò)電位較低，電解時(shí)容 易析出氫氣；（2)銅片長(zhǎng)時(shí)間在較高溫度的酸性電解液中較容易被腐蝕，能耗大，電沉積效 率低，成本高；（3)不銹鋼板做陰極，在停止通電時(shí)，電極在溶液/空氣界面上容易被蝕刻， 使用了一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)板面生銹，導(dǎo)致沉積的銅產(chǎn)物剝離困難，影響極板的二次使用，使 用壽命短；（4)工業(yè)純鈦板的力學(xué)性能和化學(xué)性能與不銹鋼板相似。但與鈦合金相比其強(qiáng) 度不高，耐熱性較低，并且產(chǎn)物銅與鈦板結(jié)合太緊密，在使用過(guò)一段時(shí)間后剝離非常困難， 使用壽命不長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種耐腐蝕的鈦合金，以解決 現(xiàn)有純鈦板在蝕刻液再生銅工藝中出現(xiàn)腐蝕且再生銅不易剝離鈦板的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種上述鈦合金的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的又一目的是提供一種在蝕刻液再生銅工藝中耐腐蝕且銅易剝離的鈦合 金陰極。
[0007] 本發(fā)明的再一目的是提供一種鈦合金陰極在蝕刻液再生領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] 一種鈦合金，按照重量百分比包括：鈦96~98% ;鑰0. 1~0. 5% ;鐵0. 4~1% ;錫 1~3%以及，一種鈦合金的制備方法，包括如下步驟：
[0010] 根據(jù)所述鈦合金中的所述鈦、鑰、錫、鐵的百分比，稱(chēng)取鈦單質(zhì)、鑰單質(zhì)、鐵單質(zhì)、錫 單質(zhì)，并在保護(hù)氣氛中進(jìn)行熔煉處理，形成熔體；
[0011] 對(duì)所述熔體進(jìn)行退火處理，得到所述鈦合金。
[0012] 以及，一種由上述的鈦合金或由上述的鈦合金的制備方法獲得的鈦合金制備的鈦 合金陰極。
[0013] 以及，上述鈦合金陰極在蝕刻液再生領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0014] 本發(fā)明的鈦合金通過(guò)以鈦元素為基體組分，并在其中摻雜特定含量的鑰、錫和鐵， 從而對(duì)高強(qiáng)度且耐腐蝕的純鈦進(jìn)行改性。該特定含量的鑰和錫有利于增強(qiáng)鈦合金的抗蝕 性，而摻雜特定含量的鐵，可提高該合金的導(dǎo)電性能。且該鈦合金強(qiáng)度比純鈦更高、耐熱性 良好，尤其是在蝕刻液再生銅工藝中耐氯化腐蝕，抗氧化性能優(yōu)異，使得該鈦合金在做為陰 極材料時(shí)陰極表面沉積的銅易剝離。
[0015] 上述鈦合金的制備方法只需將上述鈦合金的各組分熔煉和退火處理，其工藝簡(jiǎn) 單，效率高，適于工業(yè)化應(yīng)用。
[0016] 本發(fā)明的鈦合金陰極由上述抗蝕性好、耐熱且強(qiáng)度高的鈦合金制備而來(lái)，使得該 鈦合金陰極在蝕刻液再生銅工藝中可循環(huán)利用，使用壽命長(zhǎng)，且能耐氯化電解液的腐蝕，從 而有效解決了沉積在鈦板上的銅不易剝離的問(wèn)題。
[0017] 上述鈦合金陰極在蝕刻液再生領(lǐng)域應(yīng)用，可從廢蝕刻液中獲得鍍銅，不僅提高銅 的利用率，且降低了能耗，同時(shí)鍍銅易與陰極剝離，進(jìn)一步保證了鈦合金陰極的使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種耐腐蝕的的鈦合金。該鈦合金按照重量百分比包括：鈦 96 ~98% ;鑰 0· 1 ~0· 5% ;鐵 0· 4 ~1% ;錫 1 ~3%。
[0020] 上述鈦合金以鈦元素為基體組分，利用鈦的強(qiáng)化學(xué)性能和力學(xué)性能保證鈦合金的 綜合性能。但是純鈦的強(qiáng)度不高，且耐熱性較低，在作為蝕刻液再生的陰極材料時(shí)不耐熱， 純鈦易被酸性蝕刻液腐蝕掉，導(dǎo)致鈦被損耗掉，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)再生銅的目的。由此，本發(fā)明 實(shí)施例在鈦金屬中摻雜特定含量的鑰、鐵和錫，進(jìn)而解決上述問(wèn)題。具體地，上述鈦金屬中， 添加特定含量的鑰和錫，鑰為體心立方晶胞構(gòu)型，錫為正方晶系的晶體結(jié)構(gòu)，由鑰和錫摻雜 的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其在非氧化性酸中生成難溶和保護(hù)性能良好的腐蝕產(chǎn)物膜，該產(chǎn)物膜的 存在隔離鈦與酸或氯化物的直接，不僅保護(hù)鈦且使得銅沉積在產(chǎn)物膜上，使得銅不再和鈦 緊密接觸，易于鈦板與銅的剝離。而且，鑰和錫在鈦合金中的性能還受其特定含量的限制， 其中，鑰的重量百分比含量為0. 1~0. 5%，這是因?yàn)楫?dāng)鑰含量低于0. 1%時(shí)鈦直接會(huì)與酸反 應(yīng)，產(chǎn)生氫化鈦，表面變粗糙，而超過(guò)0. 5%時(shí)，合金的導(dǎo)電性降低，且成本增加；而錫的重量 百分比含量限定為1~3%，當(dāng)錫的含量低于1%時(shí)，其還原作用較弱，不足以促進(jìn)上述產(chǎn)物膜 的形成，而含量高于3%時(shí)，合金的導(dǎo)電性也隨之降低，不利于鈦合金在作為陰極材料時(shí)的 導(dǎo)電性。
[0021] 具體地，上述鈦金屬中，添加特定含量的鐵金屬，這是因?yàn)殍F的金屬性強(qiáng)，在酸性 腐蝕液中鐵較易與電解液作用，而可保護(hù)陰極材料的其它金屬。正是鐵的這種強(qiáng)還原作用， 導(dǎo)致其導(dǎo)電性能較強(qiáng)，進(jìn)而改善導(dǎo)電性弱的鈦基材料，有利于電解液中銅的析出速率。其 中，上述鐵的含量也應(yīng)加以限定，具體地，該鐵的重量含量為0. 4~1%，低于0. 5%，導(dǎo)致銅析 出速率過(guò)慢，不僅增大能耗，且銅的回收率降低，不利于生產(chǎn)，而超過(guò)1%，鐵的大量溶解導(dǎo)致 電流回路的電子濃度增大，鈦基也被腐蝕，增大生產(chǎn)成本，更降低鈦基的反復(fù)使用率。
[0022] 作為優(yōu)選實(shí)施例，上述鈦合金按照重量百分比包括：鈦96. 5~97. 5% ;鑰0. 3~ 0· 4% ;鐵 0· 8 ~1% ;錫 L 5 ~2. 5。
[0023] 對(duì)鈦合金的各組分進(jìn)一步限定更有利于鈦合金的綜合性能的提高以及作為陰極 材料時(shí)耐腐蝕且易與再生銅剝離。
[0024] 上述鈦合金除具有上述決定主要性能的成分外，還不可避免具有其它雜質(zhì)，例如 間隙元素為碳、氫、氮、氧等。而在高溫下，鈦與碳、氫、氮、氧等間隙元素的親和力很強(qiáng)，而 這些元素的侵入將導(dǎo)致鈦合金熔體的污染，并對(duì)合金的性能造成比較嚴(yán)重的影響，由此為 保證鈦合金的質(zhì)量，本實(shí)施例對(duì)這四種元素的含量須進(jìn)行限定，即按照重量百分比包括C : 0. 08、N :0. 03、H :0. 015、0:0. 25,另外，除上述四種元素之外，熔煉形成的鈦合金還包括其 他元素，其總和為〇. 4%。
[0025] 具體地，上述0和N在鈦合金中有較大的溶解度,對(duì)鈦合金有顯著強(qiáng)化效果,但卻 使塑性下降，因此，需對(duì)其N(xiāo)和0的重量百分含量予以限定，這樣避免其含量較低，鈦合金增 強(qiáng)效果薄弱；含量高，鈦合金作為板材時(shí)脆性較大，易斷裂。而鈦合金中溶解過(guò)多的氫會(huì)產(chǎn) 生氫化物，使合金不僅變脆且形成麻坑狀的氫化鈦，不易與沉積的銅剝離，因此本實(shí)施例鈦 合金的氫重量百分含量控制在〇. 015%以下。另外，含碳量大于0. 08時(shí)，會(huì)在鈦合金中形成 硬質(zhì)TiC，其硬脆表層深度可達(dá)0. 1~0. 15_，顯著降低鈦合金的機(jī)械性能，長(zhǎng)時(shí)間就需更 換鈦合金。
[0026] 上述鈦合金通過(guò)以綜合性能