[发明专利]钎焊铝电解用惰性阳极与金属导电杆的高温钎料

说明书

技术领域

本发明属于钎焊材料技术领域，特别涉及一种钎焊铝电解用陶瓷基惰性阳极与金属导电杆的高温活性钎料。

背景技术

目前铝电解工业采用的Hall-Héorult法，阳极都是碳素阳极。碳阳极制作过程中会产生大量沥青烟气，电解过程中，阳极上析出的氧气与碳阳极发生反应，生成大量的CO₂和CO气体，同时电解液中的氟与碳阳极发生反应生成CF₄和C₂F₆气体，这些气体排入大气中，对环境造成严重污染。低能耗、低单位产能投资和减少温室气体排放等要求促进了铝电解工业惰性阳极的研究开发。所谓惰性阳极就是在电解过程中不参与电化学反应的阳极，在电解过程中基本不消耗，阳极反应产物为氧气，而不是二氧化碳，在节省大量资源的同时，保护了环境。

铝电解温度为920~970℃，惰性阳极在使用时，电流由阳极母线引出，通过导线和金属导电杆与阳极导通。惰性阳极与金属导电杆，是两类性质差异巨大的材料，原子结合方式根本不同，加上惰性阳极特殊的物理化学性能，使得惰性阳极与金属导电杆的连接成为铝电解工业的难题。因此，惰性阳极与金属导电杆能否形成有效的、可靠的连接是确保惰性阳极成功实现工业应用的关键技术。

陶瓷与金属连接方法很多，常用的方法有活性金属钎焊、扩散焊、PVD金属化、部分瞬间液相连接等。其中活性金属钎焊以其工艺简单、连接强度高、结果重复性好、接头尺寸及形状的适应性广和相对成本低等优点而成为陶瓷/金属连接的首选技术。

目前，国内外研究最多的活性钎料为银基与铜基钎料，由于熔点的限制，银基与铜基活性钎料的使用温度一般低于600℃。美国专利7544275，采用CuZn合金做钎料（其中Cu的质量分数为60%、Zn的质量分数为40%），对惰性阳极和金属导电杆进行钎焊连接。该合金的熔点为870~900℃，钎焊过程中部分Zn发生氧化，使得钎焊接头熔点高于900℃，但高温下接头强度较低，不能满足铝电解工业的要求。而在高温系钎料中，相比昂贵的Pd基、Au基钎料，Co基钎料更具实用价值。

综上所述，在钎焊陶瓷基惰性阳极与金属导电杆的高温活性钎料的现有技术中，尚未见诸适合上述应用要求的高温活性钎料的报道。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中存在的不足而研制一种用于陶瓷基惰性阳极与金属导电杆钎焊的高温钎料，属于Co-Cr-Ni-(Si、B)-(Zr、Hf、Ti、Ta)-(La、Ce、Nb)系高温活性钎料。本发明的钎料可以使陶瓷基惰性阳极不经表面金属化处理直接与金属导电杆形成牢固的冶金结合，结合强度高而且高温性能稳定。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的用于钎焊铝电解用陶瓷基惰性阳极与金属导电杆的高温活性钎料的原料及质量百分比组成为：Cr：15.00~35.00、Ni：5.00~25.00，以及Si：0.05~10.00或B：0.05~5.00中的一种或两种，Zr：0.50~10.00、Hf：0.50~10.00、Ti：0.50~10.00或Ta：0.50~10.00中的一种或两种以上，La：0.01~0.50、Ce：0.01~0.50或Nb：0.01~0.50中的一种或两种以上，余量为Co。

本发明的原料及质量百分比组成为：Cr：18.00~35.00，Ni：10.00~25.00，Si：0.50~10.00，Zr：1.00~10.00，La：0.02~0.50，余量为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：0.01~0.40，Ce：0.01~0.35，余量为Co；

本发明的原料及质量百分比组成还可以为下述组成中的任意一种：

Cr：15.00~32.00，Ni：5.00~22.00，B：0.05~4.50，Zr：0.50~8.00，La：0.01~0.40，Ce：0.01~0.50，余量为Co。

Cr：15.00~32.00，Ni：8.00~22.00，B：0.50~5.00，Zr：1.00~8.00，La：0.01~0.40，Ce：0.01~0.25，Nb：0.01~0.30，余量为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：0.50~10.00，La：0.01~0.45，余量为Co。