材料人看過來！揭秘金屬層狀復合電極材料

隨著科學技術的發展及各種新興技術產業的出現，由單一的金屬或合金組成的電極很難滿足現代化生產對材料綜合性能的需求，于是金屬層狀復合電極材料在這個大背景下應運而生。金屬層狀復合材料是由幾層不同性能的金屬通過特殊的加工制備方法復合而成的。與單組元相比，復合材料可以彌補各自的不足，獲得單一金屬所不具備的物理、化學性能以及力學特性，滿足高強度、高比剛度、抗疲勞性、耐腐蝕、耐磨等性能的要求，與此同時能較大程度上節省稀貴材料，降低成本，以獲得催化性能更強、電化學性能更加穩定的新型電極材料。

目前國內外制備金屬層狀復合材料的方法主要有：爆炸復合法、大塑性變形法、鑄軋法、爆炸-軋制復合法、擴散焊接法、攪拌摩擦焊等。

（1）爆炸復合法是利用炸藥瞬間產生的巨大能量作為能源，使被焊金屬表面變形、熔化和擴散，從而實現異種金屬的焊接復合。主要適合于單張面積較大、厚的復合板材產品或復合板坯、多層復合板的生產。根據復板和基板安裝形式不同，爆炸焊接法又可分為平行法與角度法。

（2）大塑性變形法是指在軋機強大壓力作用下，或與熱作用想結合，使待復合的兩金屬在整個金屬結合面上發生塑性變形、破裂，并在后續的擴散熱處理中形成平面狀的穩固冶金結合。大塑性變形法中研究得較多的是軋制復合法和擠壓復合法。

（3）軋制復合法是利用高溫和軋制時產生的高壓而使不同的金屬實現焊合。軋制復合法中包括熱軋和冷軋復合法。熱軋復合是將基板和復板重疊后周圍焊接，再加熱到一定溫度后進行軋制，在高溫和高壓共同作用下，金屬板間形成牢固結合。與熱軋復合法相比，冷軋成形工藝更簡單，可實現多種組元的結合，并可制得尺寸精確，成品率高，組織性能穩定的復合帶卷，更為重要的是，冷軋可以實現大規模的工業化生產。

（4）擠壓復合法是將界面清潔的組元金屬組裝成擠壓坯，然后以適當的溫度和擠壓比參數擠壓成型，并在壓力作用下，實現界面的冶金結合。擠壓法可發揮金屬最大塑性，具有極大地靈活性，產品尺寸精確，表面質量好，適用于生產管、棒、線材的復合型材。但制備的擠壓管材內外層壁厚不均勻，易產生缺陷甚至破裂，金屬的固定廢料損失較大，工具消耗大，生產率較低，不適于連續化生產。

（5）爆炸復合法可生產不同金屬組合的層狀復合板，但對于生產較薄和對表面要求較高的層狀金屬復合板則比較困難。軋制復合法雖可以生產不同厚度和表面質量較高的層狀復合板，但復合板的組元成分和寬度受到軋機軋制能力的限制。爆炸—軋制復合法是綜合上述方法各自的優點而發展起來的工藝，即先通過爆炸復合制備出較厚的復合板坯，再根據不同的要求，通過熱軋或冷軋或熱軋＋冷軋的工藝軋制成所需的復合板，一般適用于生產基層較薄的大面積復合板。

（6）擴散焊接法是在低于母材熔點溫度且不使母材出現變形下加壓，利用界面出現的原子擴散而實現結合的方法。擴散焊接法分為無助劑自擴散焊接、無助劑異擴散焊接、有助劑擴散焊接、過渡液相擴散焊接、熱等靜壓擴散焊和相變超塑性擴散焊接等。

金屬層狀復合電極打破了傳統電極以單金屬（合金）為基體的結構設計模式，這不僅發揮了各種金屬的自身優勢，還改變傳統極板電流流向，均化電流分布，降低內阻，對各個性能均得到不同程度上的提升。同時對稀有有色金屬電解工業節省電耗、提高生產率、提升產品質量有著重要促進作用，對化工、電鍍、電滲析等應用領域的技術發展、節能減排、環境保護有著積極意義。

目前金屬層狀復合功能材料在濕法冶金及電化學領域的研究主要由鉛基電極、鈦基電極、鋁基電極等大類組成：

（1）鉛基電極。鉛合金因具有良好的耐腐蝕性和電化學性能，在濕法冶金工業中有著難以替代的地位。目前廣泛應用的層狀復合電極主要有Pb/Al、Pb/Steel等。