CN102803572B - 用于生产在电解中使用的导电轨的方法和导电轨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电解中的具有银电流供应源(6a、6b、6c)的铝导电轨(1)的方法，所述银电流供应源具有良好导电的接触表面。为使导电轨(1)及其电流供应源(6a、6b、6c)经济、容易且快速地生产，a)选择用于导电轨(1)的材料为铝基合金，b)将具有铝表面的导电轨(1)的表面加热，且当铝表面的温度达到超过焊剂的熔化温度的温度时，将锌基焊剂置于它之上，其中焊剂含有对氧气具有高亲合力的物质，然后将焊剂以熔化状态铺展在所述表面上，c)通过机械处理破坏在铝与熔化焊剂之间形成的氧化铝层使得氧气从氧化铝层中释放，其中氧气与对氧气具有高亲合力的物质反应并与所述物质一起在熔化焊剂的表面上形成氧化物层，和d)电流供应源(6a、6b和6c)置于所述焊剂之上，使焊剂固化并使电流供应源连接在固化焊剂内。本发明还涉及一种导电轨(1)。

Description

用于生产在电解中使用的导电轨的方法和导电轨

发明背景

本发明涉及一种向用于电解中的导电轨的表面提供由银或银基合金构成且具有良好导电的接触表面的电流供应源，所述导电轨意欲通过电流供应源与电解池中所用载体棒产生电接触。

本发明进一步涉及用于电解中且包含电流供应源的导电轨，所述电流供应源由银或银合金构成且具有良好导电的接触表面，所述导电轨意欲通过电流供应源与电解池中所用载体棒产生电接触。

电解池中所用的导电轨，也称为池轨，意欲向载体棒提供电流。两个导电轨通常带有多个载体棒，所述载体棒为与导电轨分开的组件。当放在导电轨上时，载体棒与导电轨电接触，所述棒通过它们自身的重量放在导电轨上。在接触点处，导电性必须是良好的。导电轨和载体棒也必须良好地导电使得避免不必要的能力损失。

导电轨惯例上由铜构成，因为铜的导电性是优异的。由于导电轨可以为数米长，它们是重的。由于它们的重量，导电轨极昂贵。当针对导电轨将电输送至载体棒的接触点上改善的导电性时，已知使用在接触点处具有银层的铜导电轨。银层容易焊接在铜导电轨上。

FI专利出版物114926公开了一种方法，其中通过涂覆在载体棒的末端形成由银或银合金构成的电流接收器，在这种情况下，应用热喷涂。电流接收器与铝形成冶金结合。热喷涂需要进行涂覆的人员具有相当高的技术。此外，考虑导电性和耐久性，最终结果不是特别好，因为在实践中非常难以在铝与银之间产生具有良好导电性的良好冶金结合。在涂覆以前，必须将待涂覆材料例如通过喷砂或钢丝刷光以清除氧化物层，因为否则不能用涂覆得到良好的接触/接合。清洁工作是耗时的且不总是确保良好最终结果。在涂覆以后，可进行短热处理以强化接合。自然地，热处理增加了工作量。FI专利出版物114926还公开了可首先将铝棒用铜涂覆，其后进行用银或银合金最终涂覆。后一程序是复杂的。

WO出版物2006/117425公开了一种将银件连接在铝载体棒末端以实现电流接收器的方法。该方法的目的是产生银件与铝之间的共晶反应。难以将银件连接在下面的铝表面上。必须将铝棒分阶段加热，且在加热以后，必须在将银件连接在其上以前将氧化物层从其中除去。氧化物层的除去，即清洁，例如通过磨耗进行。为控制氧化反应，可明智地在还原气氛中进行加热，其产生物与能在周围空气中进行加热的相比自然涉及特殊排列。在载体棒的加热温度方面不存在很多容许，或者，这就是加热需要进行它的人员具有极高精度的原因。另外，必须将银件在特定压力下压在加热的铝表面上以产生接合。明智地，压制以点状方式进行并循环重复。总之，该工作要求执行者的精度并耗费大量时间。

发明简述

本发明的目的是提供一种容许便宜、容易且快速地生产导电棒及其电流供应源的方法。

本发明方法的特征在于以下方法步骤：

a)选择用于导电轨的材料为铝基合金或铝，

b)将所述具有铝表面的导电轨的表面加热并在所述加热表面上提供锌基焊剂，所述焊剂含有对氧气具有高亲合力的物质，当铝表面的温度达到超过焊剂的熔化温度的温度时，将焊剂以熔化状态铺展在铝表面的所需尺寸的表面区域上，使得熔化状态的焊剂形成于该表面上。

c)通过机械处理破坏在铝与熔化焊剂之间形成的氧化铝层使得氧气从氧化铝层中释放，其中氧气与存在于焊剂中的对氧气具有高亲合力的物质反应并与所述物质一起在熔化焊剂的表面上形成氧化物层，和

d)在存在于所述表面区域上的焊剂上提供由银或银基合金构成的电流供应源，使焊剂固化并使电流供应源连接在固化焊剂中。

对氧气的亲合力，即与氧气反应的倾向高的物质必须具有比铝更高的对氧气的亲合力。

优选使用具有85-98重量％的锌含量和1-10重量％的铝含量的焊剂。推荐的焊剂中铜的量为0.1-6重量％。可用银代替铜。

优选对氧气具有高亲合力的物质为镁，因为当镁与氧气反应时，产生大量热，这导致铝熔化并因此在焊剂与铝之间产生也非常好地导电的紧密且强力的结合。形成的氧化镁上升到焊剂的表面。

本发明方法的优选实施方案公开于所附权利要求2-10中。

本发明的最大优点是容易且快速地将具有良好导电性的接触表面和电流接收器提供给由便宜基础材料(铝或铝合金)构成的导电轨。该方法简单，所以容易执行，它实际上可由不具有专业技术的任何人进行。该方法非常经济地实现。

本发明导电轨的特征在于导电轨由铝基合金或铝构成，且在电流供应源与导电轨之间存在配置的锌基焊剂以将电流供应源连接在导电轨上。焊剂优选熔化在铝中。

电流供应源优选为厚度为0.4-2.2mm的银件或银合金件。

本发明导电轨的优选实施方案公开于所附权利要求12-15中。

本发明导电轨的最大优点是它的生产成本显著低于传统导电轨的生产成本。另外，它的导电性和在使用环境中耐久性极好。具有它的接触表面的电流供应源在使用中磨损，但如果需要的话还容易地置换电供应源：将旧电流供应源从导电轨上除去，并利用本发明方法安装新电流供应源，而不需要将导电轨本身熔化。

附图简述

在下面参考实施例和附图更详细地公开本发明，其中：

图1为电解池的俯视图；

图2为沿图1的线II-II的截面；

图3阐述根据图1的线III-III的截面；

图4为图3的结构的俯视图；

图5阐述图3和4的导电轨载体组合中载体棒的侧视图；

图6阐述沿图5的截面线VI-VI的截面；

图7和8分别阐述本发明导电轨的第二实施方案的侧视图和俯视图；

图9阐述意欲与图7和8的导电轨一起使用的载体棒的侧视图；

图10阐述自图9的载体棒以下的视图；

图11显示沿图9的截面线XI-XI的截面；

图12更详细地显示本发明导电轨的结构；

图13-15阐述如何向图12的导电轨提供电流供应源；和

图16阐述向导电轨提供电流接收器的可选择方法。

本发明详细公开内容

图1为具有放于电解池15的边缘上的两个导电轨1的锌电解池的俯视图。在导电轨1之上，存在以这样的方式安装的9个载体棒13，使得它们放在导电轨上。当然载体棒13的数可变。自载体棒13悬挂的是连接在它们上的铝阴极14，参见图2，所述图2显示沿图1的截面线II-II的截面。

图3和4分别显示导电轨1的侧视图和俯视图。导电轨1由铝合金或铝构成。导电轨1的推荐高度为40-120mm。在导电轨1之上存在载体棒13，其在图3中显示为端视图。据从图中所见，导电轨1的上表面具有齿16，载体棒13置于齿之间的开槽4中。因为齿16包含斜面，当降至导电轨1上时，载体棒13导入所需接触位置内。齿16例如为20mm高。开槽4的水平底部水平面的长度例如为20mm。例如导电轨的宽度可以为30mm且它的高度为4m。长度可取决于电解池而极大变化：它可以在2-6m范围内。

图5为放置在图3和4的导电轨1上的载体棒13的侧视图。在载体棒13末端见到类似于导电轨中的开槽17。推荐的载体棒13材料为铝合金或铝，开槽17具有银涂层。开槽4的银涂层形成导电轨1的电流供应源。载体棒13的宽度比导电轨中的开槽4底部的宽度稍微更大。载体棒13的宽度为16mm，例如当导电轨开槽4的底部水平面的长度为20mm时。当载体棒13放在导电轨1上时，它相对于导电轨开槽4的底部水平面的边缘上沿着两条线停放。这些线位于开槽17的斜面上。图5显示用虚线画出的导电轨。

图6显示沿图5的线VI-VI的截面。载体棒的第二斜面18可见。

图7和8分别显示导电轨1’的第二实施方案的侧视图和俯视图。导电轨1’包含一套钻孔19’。钻孔19’的直径例如为40mm。推荐的钻孔19’深度与它们的直径近似相同。

图9和10分别显示放在导电轨1’上的载体棒13’的侧视图和自下的视图。载体棒13’的详细结构/设计与图5和6中的载体棒的结构/设计不同。如所示，载体棒13’末端具有齿20’形式的圆锥形突出。在自由端，齿20’的直径小于导电轨1’的钻孔19’的直径。因此，当棒降至导电轨1’上时，载体棒13’通过自身的重量导入所需接触点。具有大直径的齿20’端具有大于钻孔19’直径的直径。当载体棒13’在导电轨1’的钻孔19’中的合适位置时，它以线性方式相对于钻孔的顶边缘停放，因此形成圆形接触。

图11显示沿图9的截面线XI-XI的截面。载体棒的齿20’由铜构成，且它例如通过摩擦焊接连接在载体棒13’的铝体上。

图12显示图3和图4的导电轨1的一部分，该部分包含意欲将电流输送至载体棒的位置或区域。该位置或区域可称为电流供应源，且它一般地指定为参考数字2。该图显示齿16之间的开槽4涂有银件6a、6b、6c。银件6a、6b、6c形成电流供应源2并使导电轨1能将电流有效地转移至待放置在导电轨上的载体棒。

图13-15阐述图3、4和6所示导电棒1的生产，或更确切地说其电流供应源的实施。

图13阐述据说可以为种板形式的铝导电棒1，因为缺少了电流接收器，即图12的银件6a、6b、6c。导电轨1的种板可以为具有大量在其中工作的开槽4的压出铝，图13仅显示最接近导电轨末端的一种。通过将具有良好导电性的小银板6a、6b、6c或由银基合金构成的小板连接在开槽的斜表面5a、5b和开槽的底表面5c上而在开槽4中提供电流接收器。板6a、6b、6c也可称为件或板。在图13中，银板6a、6b、6c与导电轨1分开，但在图12中，它们连接在适当位置。板6a、6b、6c的厚度优选为0.4-2.2mm，甚至更优选0.5-2mm。

在图13中，参考数字7指焊丝，下文解释其用途。

焊丝7为含有85-98重量％锌、1-10重量％铝和0.1-6重量％铜的锌基合金。焊丝还含有微量锰和镁。由TechnoWeldltd.，AstonWorks，WestEnd，Aston，OxfordshireOX182NP，英国销售的焊剂是市售的并可用作焊剂。焊剂以电极的形式出售(称为TechnoWeld电极)。大概电极中所含的铜可被银替换。TechnoWeld产品的一种选择为由NewTechnologyProducts，1330PostOakBlvd.，Suite1600Houston，Texas77056-3017，美国生产和出售的线型产品，该产品的商品名为HTS-2000，在这种情况下对于该产品给出的使用说明如下。这类金属丝的锌含量为约80重量％；铝的量为约16重量％且铜的量为约3重量％。该金属丝还含有少量镁，镁含量例如为约0.2重量％。大概推荐的锌含量为80-98重量％，铝含量为1-20重量％。

板6a、6b和6c通过首先将开槽处的导电轨1(仍为图13中的种板)加热至约450℃的温度而连接在开槽4上，参见图13。由于导电轨由铝构成且铝容易与周围的氧气反应，在导电轨表面，包括开槽4的位置上存在氧化铝。通常已知其它金属难以连接在氧化铝表面上。然而，在本发明方法中，导电轨1中的开槽不需要清除氧化物。加热温度不是关键的，它优选为370-550℃，但它也可以为300-600℃。如果温度区域在260-620℃的范围之外，则预期不能得到所需结果。加热至非常高的温度还涉及铝轨熔化的风险(铝的熔点为约660℃)。可优选通过测量开槽4的表面温度而跟踪加热温度。然而，温度测量不是不可缺少的或甚至必须的，当已知焊丝与开槽表面接触时焊丝7在导电轨4的表面上如何行为时。加热优选用气体火焰(丙烷、丁烷或乙炔火焰)进行，在这种情况下，焊接喷嘴和颈10保持运动以防止它导致太高的局部加热。还可能的是加热通过电感应或电阻器进行。然而，感应加热的缺点是铝相当快地熔化。用电阻器加热又慢。然而，感应加热和电阻器加热可用于实现所谓基础加热。基础加热的目的是提供预热，当涉及大生产体积时，所述预热加速导电轨的生产：用火焰将用电预热的导电轨加热至工作温度仅需要一会儿。在将电流供应源连接在新生产的导电轨上以后，向下一个已预热的导电轨提供电流供应源。

有时焊丝7放在加热表面上以检查它是否连接在下面的材料上。通过下面的材料加热时，当温度上升足以使焊丝7熔化的温度时，通过使焊丝在表面上移动而将焊剂铺展在表面5a、5b和5c上，由此将熔化的焊剂铺展在表面5a、5b和5c上。应当注意焊丝7由于下面材料导致的加热而熔化，且焊丝不用焊接喷嘴和颈10加热。

然后将熔化金属表面用不锈钢或黄铜刷刷光。刷光是非常短且容易的程序。约2或3秒的刷光通常是足够的。刷光破坏了焊剂下面的氧化铝层，由此该层变成铝和氧气。焊剂所含的锰可能对氧化铝层的破坏有贡献。在刷光中释放的氧气与焊剂中所含的镁反应，因为镁具有与氧气反应的高倾向。镁比铝更容易与氧气反应，因此镁据说可从铝中抢夺氧气。这是重要的，使得氧气可从铝中除去。当镁与氧气反应时，发生释放温度的放热反应。由于释放的热，温度局部地超过铝的熔点，因此焊剂极好地连接在下面的铝表面上。与焊剂的密度相比，氧化镁的密度非常低，所以它上升到焊剂的表面上，由此在焊剂与下面的铝之间形成极好的接合。焊剂含有优选至少0.01重量％的镁，镁的量例如为0.05-0.3重量％。代替镁，可使用一些其它物质，所述物质具有比铝对氧气的亲合力更大的对氧气的亲合力且与氧气形成氧化物，所述氧化物具有比焊剂的密度更低的密度以容许它上升到焊剂的表面上。

代替上述刷光，还可使用一些其它机械处理，例如刮擦表面。如果焊剂仍为熔化状态，则将银件6a、6b和6c放于其上，它们立即粘在熔化焊剂上并当焊剂固化时牢固地连接在其上，参见图12，其中银件在适当位置上。当焊剂固化时，形成非常好地导电的强接合。可在将它们放在铝上的焊剂上以前将银件6a、6b、6c用焊剂预涂覆。

如果电流供应源通过使用由银合金构成的件，而不是银件得到，则优选选择含有少量铜的银合金。铜含量例如为5重量％，并可例如在1-10重量％的范围内变化。由于铜，件6a、6b和6c的机械强度比件为纯银时更大。然而，件6a、6b和6c中的铜使接触表面和电流接收器的耐腐蚀性和导电性稍稍变弱。

图3和4的导电轨可具有由银或银基合金构成的接触表面，其中方法不同于图13-14的方法。

因此，不需要使用由银或银合金构成的件，但可代替地，电流接收器通过将银或银合金喷雾到焊剂上而热产生，在这种情况下，在喷雾以前已使焊剂固化。喷雾阐述于图16中。在这种情况下，通过喷雾和不通过使用银件或由银合金构成的件得到的电流供应源是在最上面的。热喷雾可例如使用基于气体燃烧的技术进行。在高速氧燃料火焰喷涂(HighVelocityoxy-Fuel)中，借助载气将涂料(银或银基合金)以粉末形式供入喷雾枪9中。在喷雾枪的燃烧室中，涂料熔化并将熔化状态的涂料直接对着待涂覆物体。在普通火焰喷涂中，燃烧气体和氧气的混合物燃烧并将涂料熔化，所述涂料最初可为粉末形式或线形。将熔化涂料用压缩空气吹到物体上。在本文中没有更详细地描述热喷雾，因为该方法本身是技术人员已知的。与使用现成的银或银合金件相比，热喷雾的缺点是热喷雾相当难以进行以得到良好的最终结果。热喷雾的优点是原则上它可用于涂覆具有任何几何形状的件。因此，热喷雾优选用于给图7和8的导电轨1’提供电流供应源6’。作为选择，电流供应源以与关于图13-15所公开的相同原理，即通过使用由银或银合金构成的件得到，其中件嵌入铝导电轨种板的钻孔中。

导电轨1还在将电流供入导电轨中的位置处具有电流接收器21。电流接收器21可例如置于导电轨1的第二端3；参见图3。图8的导电轨1’还具有电流接收器21’。电流接收器21、21’如上所述得到。

以上参考实施例描述了本发明，因此应当注意本发明的详情可以在所附权利要求书的范围内以各种方式执行。因此，当载体棒的宽度小于开槽4的底部长度，则图12的导电棒1的电流供应源例如可由相应于开槽4的底部长度的单一银件6c组成。在这种情况下，银件不放在对角线曲面上。如果载体棒的宽度大于开槽的底部长度，则载体棒相对于开槽4的斜面停留，其必须具有银件6a、6b。在后一种情况下，在开槽4的底部不需要银件6c。

Claims (15)

1.一种给用于电解中的导电轨的表面提供电流供应源的方法，所述电流供应源由银或银基合金构成且具有良好导电的接触表面，其中导电轨意欲通过电流供应源与用于电解池中的载体棒产生电接触，其特征在于如下方法步骤：

a)选择用于导电轨的材料为铝基合金或铝，

b)将所述具有铝表面的导电轨的表面加热并在所述加热表面上提供锌基焊剂，所述焊剂含有对氧气具有高亲合力的物质，当铝表面的温度达到超过焊剂的熔化温度的温度时，将焊剂以熔化状态铺展在铝表面的所需尺寸的表面区域上，使得熔化状态的焊剂形成于该表面上，

c)通过机械处理破坏在铝与熔化焊剂之间形成的氧化铝层，使得氧气从氧化铝层中释放，其中氧气与存在于焊剂中的对氧气具有高亲合力的物质反应并与所述物质一起在熔化焊剂的表面上形成氧化物层，和

d)在存在于所述表面区域上的焊剂上提供由银或银基合金构成的电流供应源，使焊剂固化并使电流供应源连接在固化焊剂中。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于所用焊剂为具有85-98重量％的锌含量和1-10重量％的铝含量的锌基焊剂，其中重量百分含量之和为100％。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于所用焊剂为具有80-98重量％的锌含量、1-20重量％的铝含量和0.1-6重量％的铜含量的锌基焊剂，其中重量百分含量之和为100％。

4.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于使用其中对氧气具有高亲合力的物质为镁的焊剂。

5.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于使用含有锰的焊剂。

6.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于在步骤b)中将具有铝表面的导电轨的表面加热至370-550℃的温度。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于通过刷光破坏在铝与焊剂之间形成的氧化物层。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤d)中，当焊剂为熔化状态时将电流供应源置于用焊剂处理的表面区域上。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于使用厚度为0.4-2.2mm的银件或由银合金构成的件作为电流供应源。

10.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于通过热喷雾将电流供应源置于用焊剂处理的表面区域上。

11.用于电解中并包含电流供应源的导电轨，所述电流供应源由银或银合金构成且具有良好导电的接触表面，所述导电轨意欲通过电流供应源与用于电解池中的载体棒产生电接触，其特征在于导电轨由铝基合金或铝构成，且在电流供应源与导电轨的表面之间存在锌基焊剂，配置所述焊剂以将电流供应源连接在导电轨上。

12.根据权利要求11的导电轨，其特征在于所述焊剂的锌含量为80-98重量％，且铝含量为1-20重量％，其中重量百分含量之和为100％。

13.根据权利要求12的导电轨，其特征在于所述焊剂含有镁。

14.根据权利要求11的导电轨，其特征在于所述电流供应源为厚度为0.4-2.2mm的银件或银合金件。

15.根据权利要求11的导电轨，其特征在于所述导电轨包含由银或银合金构成且具有良好导电的接触表面的电流接收器，以与用于将电流供给导电轨的装置产生电接触。