前言

鈦銅復(fù)合棒自從20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，得到了迅速發(fā)展。鈦銅復(fù)合棒是金屬陽(yáng)極的主要部件，他將銅的優(yōu)良導(dǎo)電性和鈦的優(yōu)異耐腐蝕性融為一體，成功的代替了石墨陽(yáng)極，使其壽命提高10倍以上，可節(jié)能(電)20％以上，并提高了燒堿的純度。是一種優(yōu)異的電極材料。以鈦銅復(fù)合棒（鈦包銅）為導(dǎo)電主要部件的金屬陽(yáng)極電解槽生產(chǎn)燒堿被譽(yù)為氯堿工業(yè)的一次革命。

1、鈦銅復(fù)合棒的開(kāi)發(fā)和發(fā)展

鈦一銅復(fù)合棒是1968年意大利的Demna公司和美國(guó)的鋁業(yè)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。70年代開(kāi)始世界上許多國(guó)家，如日本、美國(guó)、西德、法國(guó)、意大利等國(guó)家相繼采用鈦陽(yáng)極代替石墨陽(yáng)極，投入工業(yè)化生產(chǎn)。

我國(guó)是1973年開(kāi)始鈦銅復(fù)合棒的研制與開(kāi)發(fā)的，上海電化廠等單位采用鈦管內(nèi)插入銅棒，然后澆鉛連接制成導(dǎo)電棒，制成陽(yáng)極電解槽。這種復(fù)合棒材一是不易制作，二是導(dǎo)電性不穩(wěn)定，造成槽壓上升。同時(shí)國(guó)內(nèi)也有人采用鈦管套銅棒+拉伸的方法生產(chǎn)復(fù)合棒。

80年代初，寶雞有色金屬加工廠、北京有色金屬研究總院、上海異型鋼管廠等單位采用擠壓法生產(chǎn)鈦銅復(fù)合棒，擠壓錠坯的制作方式開(kāi)始采用大直徑厚壁鈦管坯，內(nèi)部裝入圓銅棒，兩端再用鈦板封上，這種制坯方式由于銅錠和鈦管之間的間隙存有氣體，高溫下會(huì)影響復(fù)合棒的復(fù)合質(zhì)量。

1982年寶雞有色金屬加工廠設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的錠坯制作方式，采用真空澆鑄法，使錠坯的鈦和銅之間形成冶金結(jié)合，有效提高了復(fù)合棒材的復(fù)合質(zhì)量。

擠壓法生產(chǎn)的鈦銅復(fù)合棒，因其是熱加工產(chǎn)品，在實(shí)際使用時(shí)，發(fā)現(xiàn)其抗彎曲性能較差，且表面粗糙度不好，后來(lái)對(duì)擠壓棒材加以適量的冷拉伸，一方面提高了棒材的抗彎曲性能，另一方面改善了棒材的表面粗糙度。經(jīng)用戶的多年使用，反映良好。

80年代末，也有采用爆炸法生產(chǎn)鈦一銅復(fù)合棒的，但因效率低、成本高、且尺寸精度不易控制而未形成生產(chǎn)能力。

這一階段復(fù)合棒的品種較少，主要為方形和鼓形(官形)。加工狀態(tài)為熱擠壓態(tài)(R)和冷拉伸態(tài)(Y)。

到90年代，除國(guó)產(chǎn)電解槽的更新改造外，國(guó)外進(jìn)口電解槽的國(guó)產(chǎn)化對(duì)鈦一銅復(fù)合棒提出了更高的要求。新的鈦銅復(fù)合棒的形狀、規(guī)格等出現(xiàn)了多樣化，如圓形、扁形、矩形復(fù)合棒等相繼被開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出來(lái)。有些形狀的復(fù)合棒的生產(chǎn)，對(duì)原生產(chǎn)方法提出了挑戰(zhàn)，如寬厚比較大的矩形和扁形復(fù)合棒，生產(chǎn)難度就很大。寶雞有色金屬加工廠曾采用擠壓+軋制的 生產(chǎn)方法生產(chǎn)過(guò)大寬厚比的矩形和扁形復(fù)合棒，但因復(fù)合棒外形不易控制，如角部不能完全充滿、孔型結(jié)合部出現(xiàn)尺寸不規(guī)整或耳子等現(xiàn)象。后來(lái)采用擠壓+拉伸的方法生產(chǎn)出尺寸合格、質(zhì)量?jī)?yōu)異的復(fù)合棒。

復(fù)合棒的最小厚度可生產(chǎn)到10ram、寬度50mm。但由于生產(chǎn)方式的局限性，對(duì)于寬厚比大于6的矩形和扁形復(fù)合棒生產(chǎn)難度太大。

近幾年有人采用爆炸+軋制法生產(chǎn)矩形和扁形復(fù)合棒，也獲得了成功。

2、鈦銅復(fù)合棒的性能

鈦銅復(fù)合棒作為金屬陽(yáng)極的主要部件，其主要作用有3點(diǎn)：一是支撐陽(yáng)極；二是作為導(dǎo)電體；三是耐腐蝕。

要擔(dān)負(fù)起支撐陽(yáng)極的作用，就要求鈦銅復(fù)合棒有一定的強(qiáng)度和抗彎曲性能。開(kāi)始采用擠壓狀態(tài)(R)直接供應(yīng)時(shí)，用戶反映棒材較軟，即抗彎曲性能有點(diǎn)差，經(jīng)檢測(cè)，在跨距L=300mm、壓力245MPa時(shí)，產(chǎn)生微變形。后來(lái)采用擠壓+拉伸工藝后，相同跨距情況下，壓力達(dá)490MPa時(shí)，才產(chǎn)生微變形。棒材的屈服強(qiáng)度達(dá)到123MPa，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于導(dǎo)電性能，其關(guān)鍵因素是鈦銅的復(fù)合狀態(tài)，只有完全復(fù)合，并不產(chǎn)生脫層，才能具有良好的導(dǎo)電性能。

復(fù)合狀態(tài)一般采用以下檢驗(yàn)方法：一種是采用超聲波檢驗(yàn)，觀察結(jié)合層是否緊密；第二種是復(fù)合牢度車削檢驗(yàn)，即經(jīng)表面車削，使鈦層沿周向斷開(kāi)后，檢測(cè)鈦層是否分離。第三種是復(fù)合強(qiáng)度測(cè)定，即經(jīng)測(cè)定復(fù)合層拉剪或剪切強(qiáng)度，以確定復(fù)合層的結(jié)合程度。

超聲波探傷可直接檢測(cè)出復(fù)合棒任何部位的鈦銅復(fù)合狀況，直接有效的反映出復(fù)合棒的復(fù)合程度。復(fù)合牢度車削檢驗(yàn)法也可直接反映出復(fù)合棒鈦銅復(fù)合的緊密程度，但由于屬破壞性檢驗(yàn)，抽樣數(shù)量有限，不能全面的復(fù)合棒的所有部位的復(fù)合情況。復(fù)合強(qiáng)度測(cè)定是定量反映復(fù)合棒結(jié)合性能的指標(biāo)，經(jīng)大量檢測(cè)，擠壓+拉伸法生產(chǎn)的鈦銅復(fù)合棒復(fù)合強(qiáng)度達(dá)到 133MPa，拉剪強(qiáng)度達(dá)到160—255MPa。

鈦銅復(fù)合棒具有良好的導(dǎo)電性能，經(jīng)檢測(cè)，擠壓+拉伸法生產(chǎn)的復(fù)合棒微電阻為7．77×10“Q。耐蝕性，鈦銅復(fù)合棒外層直接與電解介質(zhì)接觸，外層的純鈦具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，其壽命比石墨電極長(zhǎng)10倍以上。

3、鈦銅復(fù)合棒的標(biāo)準(zhǔn)化

我國(guó)從70年代開(kāi)始研制生產(chǎn)鈦銅復(fù)合棒以來(lái)，開(kāi)始采用由材料生產(chǎn)廠和使用單位簽定的技術(shù)協(xié)議供貨。到80年代中期，由于陽(yáng)極電解槽的大量應(yīng)用，鈦銅復(fù)合棒的需求量大幅度增加，僅寶雞有色金屬加工廠一家每年就為市場(chǎng)提供數(shù)百噸的復(fù)合棒產(chǎn)品。

為規(guī)范市場(chǎng)、方便采購(gòu)和供應(yīng)，寶雞有色金屬加工廠制定了鈦銅復(fù)合棒企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q／BS5332—1985)。90年代初，為適應(yīng)市場(chǎng)需求，由中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司提出、寶雞有色金屬加工廠負(fù)責(zé)起草，制定了我國(guó)第一版鈦銅復(fù)合棒專用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB／T 12769—1991鈦銅復(fù)合棒，并于1991年3月發(fā)布實(shí)施。至此，我國(guó)鈦銅復(fù)合棒有了統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范。

1991版鈦銅復(fù)合棒國(guó)標(biāo)，是在寶雞有色金屬加工廠鈦銅復(fù)合棒企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q／BS5332—1985)的基礎(chǔ)上起草的。在產(chǎn)品的規(guī)格形狀上，由于當(dāng)時(shí)市場(chǎng)需求現(xiàn)狀，僅收入了方形和鼓形(宮形)兩種形狀、7個(gè)規(guī)格的復(fù)合棒材。在生產(chǎn)方式上，僅規(guī)定了擠壓法、擠壓+拉伸法。復(fù)材的牌號(hào)也只是規(guī)定了鑄態(tài)的兩個(gè)牌號(hào)ZTAl和ZTA2。

對(duì)復(fù)合質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種檢驗(yàn)方式：一是車削檢驗(yàn)，做為必檢項(xiàng)目；二是超聲波檢驗(yàn)，做為可選項(xiàng)目，當(dāng)用戶要求并在合同中注明時(shí)采用。

2001年，根據(jù)市場(chǎng)變化情況，寶雞有色金屬加工廠提出對(duì)GB／T 12769—1991版進(jìn)行修訂。中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)批準(zhǔn)并下達(dá)了修訂計(jì)劃，由寶雞有色金屬加工廠負(fù)責(zé)對(duì)鈦銅復(fù)合棒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修訂起草工作，北京有色金屬研究總院和西北有色金屬研究院參加起草。

該修訂版本已于2002年10月在杭州通過(guò)審定，2003年11月批準(zhǔn)，并經(jīng)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布。GB／T 12769—2003新版于2004年5月1日起實(shí)施。

4、鈦銅復(fù)合棒(GB／T12769—2003)版起草說(shuō)明

(1)GB／T12769—2003是對(duì)1991版本的修訂。

(2)由于目前國(guó)際和國(guó)外均未查到鈦銅復(fù)合棒的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)的修訂是在國(guó)標(biāo)1991版的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)市場(chǎng)需求現(xiàn)狀編制的，適合于國(guó)情，并使標(biāo)準(zhǔn)更科學(xué)、更合理。

(3)以下就本次修訂的主要變化及特點(diǎn)等說(shuō)明如下。

a、生產(chǎn)方法：在原標(biāo)準(zhǔn)“熱擠壓法、熱擠壓+拉伸法”的基礎(chǔ)上增加了“爆炸復(fù)合法或爆炸復(fù)合+熱軋制法”。

b、復(fù)材牌號(hào)：原標(biāo)準(zhǔn)中只有ZTAl和ZTA2兩個(gè)牌號(hào)，鑒于目前復(fù)合棒的生產(chǎn)方式的多樣性，有些生產(chǎn)廠家采用加工材——管材做坯料，所以復(fù)合材牌號(hào)增加了TAl和TA2兩個(gè)牌號(hào)。

c、產(chǎn)品斷面形狀和規(guī)格：原標(biāo)準(zhǔn)中只有方形和宮形(鼓形)兩種斷面形狀的7個(gè)規(guī)格的復(fù)合棒材。

2003新版標(biāo)準(zhǔn)中在產(chǎn)品形狀上增加了圓形、扁形和矩形三種斷面、16個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品。表1中列出了2003版與1991版復(fù)合棒斷面形狀和規(guī)格尺寸(其中帶*的規(guī)格為1991版的產(chǎn)品規(guī)格。

d、化學(xué)成分：原標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)成分要求符合GB／T6614的規(guī)定，本次修訂時(shí)，rAl和TA2要求符合GB／13620的規(guī)定；ZTAl和ZTA2符合GB／T15073的規(guī)定。比較明確，有利于執(zhí)行。

e、尺寸及允許偏差：本次修訂時(shí)，對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)中的方形和鼓形(宮形)兩種斷面形狀的復(fù)合棒材的尺寸允許偏差進(jìn)行了調(diào)整，基本上在原標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對(duì)精度要求均予以提高。特別是熱加工態(tài)(R)的尺寸公差，精度要求大幅度提高。公差對(duì)比見(jiàn)表2。

f、復(fù)合質(zhì)量

表3是1991版和2003版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)復(fù)合質(zhì)量要求的描述，從表中可以看出，1991版對(duì)復(fù)合質(zhì)量的檢測(cè)主要采用車削法進(jìn)行，而2003版則取削了車削法，將超聲波探傷法作為必檢項(xiàng)目。這是由于在過(guò)去的十幾年中，主編單位寶雞有色金屬加工廠對(duì)方形和鼓形復(fù)合棒進(jìn)行車削檢驗(yàn)中，從未出現(xiàn)鈦銅分離現(xiàn)象。同時(shí)，車削檢驗(yàn)本身不是非常合理。一是他本身屬于破壞性試驗(yàn)；二是采用抽樣檢驗(yàn)，試樣只是代表試樣；三是車削法當(dāng)時(shí)僅適用于方形和鼓形復(fù)合棒，對(duì)于方形和矩形根本就不適用。而本次修訂時(shí)采用超聲波100％檢驗(yàn)，既科學(xué)、又合理，可全面保證棒材的復(fù)合狀況。

(4)因無(wú)相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)2003年版被專家評(píng)定為際水平。

(5)GB／T12769—2003的實(shí)施，不僅能更好地滿足用戶的使用要求，還必將推動(dòng)我國(guó)鈦銅復(fù)合棒質(zhì)量的進(jìn)一步提高，促進(jìn)鈦銅復(fù)合棒的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李中等．鈦工業(yè)進(jìn)展(J]．1995，(6)：34．35

[2] 施孔新．稀有金屬材料與工程[J]，1988，(2)：68—70

[3] 魏壽庸．稀有金屬材料與工程[J]，1990，(4)：66

[4] 黃永光．金屬學(xué)報(bào)[J]，1999，35(增刊1)：651—654

[5] 孔憲平等．鈦工業(yè)進(jìn)展(J]，2003，(2)：25—27

相關(guān)鏈接