一種高導電耐熱電極橫梁部件的製造方法
2023-05-18 07:35:16 1
專利名稱：一種高導電耐熱電極橫梁部件的製造方法
技術領域：
本發明涉及工業製造領域，特別提供了一種用於製造高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法。具體涉及採用鑄造工藝技術製造電解鋅冶金領域常用的陰極板電極橫梁部件， 此部件在具備優良的導電性和耐熱性的基礎上，還具有較好的力學性能。
背景技術：
電極橫梁部件是電解鋅工業中常用的關鍵零部件，此部件與陰極電極板相連，起到支撐陰極電極板的作用。電極橫梁部件工作環境較差，不僅長期工作在高溫環境中，而且承受著陰極電極板的重量，對其耐熱性以及力學性能都提出了很高的要求。另外，由於電解鋅工藝上的需要，電極橫梁部件還需具有較好的導電性，以保證陰極電極板的正常工作，因此，電極橫梁部件應具有良好的導電性、耐熱性以及較高的力學性能。長期以來，我國電解鋅工業中使用的電極橫梁部件均採用電工鋁合金型材加工工藝製造，由於此部件部分結構較為複雜，採用常規的機加工設備無法加工，必須採用先進的五軸加工中心進行加工，不僅成本較高，而且製造周期長，加之電極橫梁部件工作環境較為惡劣，需定期進行更換，給電解鋅企業帶來了較大的成本壓力。因此，針對上述情況，迫切需要探索出一種新的周期較短，成本低廉的製造工藝來代替現有工藝，並且製造出的電極橫梁部件具有較好的耐熱性以及力學性能，以滿足電解鋅企業降低生產成本的需要。鑄造工藝技術具有生產周期短、成本低廉等優點，是公認的降低生產成本的最佳成形工藝技術，但是，到目前為止國內外尚無採用鑄造工藝製造電極橫梁部件的先例，在鑄造合金材料以及相關鑄造工藝技術開發等方面未見有關報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，採用該鑄造方法可生產出具有良好耐熱性、力學性能以及高導電性能的鋁合金電極橫梁部件，其導電率可達到45%IACS，長期使用溫度可達250°C，可用於電解鋅工業領域所需的電極橫梁部件。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案
一種高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，包括下述步驟
1、選用合金材料；
2、製造符合部件尺寸的金屬模具；
3、鑄造合金材料的熔制和成型；
4、對澆鑄成型的鑄件進行熱處理，其特徵在於
所採用的合金材料組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所佔的質量百分含量是
Mg 0. 5 1. 0%, Si 0. 4 0. 8%, Zr :0. 6 0. 8%, Ce :0. 05 0. 1%，B :0. 03 0. 06% ；
餘量為Al和不可避免的雜質；
所述合金材料中所包含的雜質元素的質量分數要求為Je < 0. 2%、Cu < 0. 05%、Mn ( 0. 02%, Cr ( 0. 02%, Zn ( 0. 05%, Ti ( 0. 05%。其中！^e 元素高於此限量會明顯降低合金力學性能，特別是合金韌性，Cu、Mn、Cr、Si以及Ti元素高於此限量會明顯降低合金的導電性能。所述鑄造合金材料的熔制和成型步驟如下
1)首先在坩堝預熱後加入工業純Al；
2)把熔體升溫至700 740°C，加入單晶矽；
3)將熔體溫度降至680 700°C，加入鎂錠；
4)繼續升溫至760 80(TC，先加入混合稀土Ce，並攪拌，待溶清後再加入Al — ^ 中間合金以及含B元素的鹽類；
5)將熔體降溫至700 710°C進行精煉處理；
6)精煉處理後升溫至720 730°C靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；
7)澆鑄鑄件採用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數為，升液和充型速度71 90mm/s,結殼增壓壓力5 15Kpa ；
8)對所澆注鑄件進行熱處理，包括固溶處理以及時效處理，為已知技術。本發明的顯著特點和實質性技術進步有
1、利用鑄造工藝技術製造電極橫梁部件，可實現電極橫梁部件的快速成型，滿足此類部件製造周期短、成本低廉的需要；
2、本發明採用的合金材料成份設計方面以Mg和Si為主要合金元素聯合強化，並提高合金的鑄造性能，滿足此橫梁部件力學性能要求；
3、在合金材料中加入稀土元素Ce，提高合金材料的導電性能。其原理為近代量子理論認為可用波動力學來解釋電子在金屬內的運動。在外電場作用下，電子波沿金屬內部傳播，碰到晶格結點即形成電阻，當晶格間距減小時，電阻增大。加入稀土 Ce可與Si、!^e形成多元化合物，減少31、狗在41中的固溶量，儘可能保持純Al原有的晶格間距，有利於電子的自由運動，顯著提高材料的導電性能；其次，Ce與其他元素所形成的稀土化合物，對導電性能影響很小；此外，稀土對鋁熔體的淨化作用對合金材料的導電性能也會產生良好的影響。利用以上原理，本發明所用合金材料在保證一定合金強度和鑄造性能的基礎上，也可滿足電工鋁合金構件導電性能指標的需要；
4、在合金材料中添加ττ元素，提高合金材料的耐熱性能，由於&元素在鋁熔體中可生成AlJr高溫穩定相，可彌散的分布在合金基體中，對高溫狀態下合金位錯的滑移和攀移以及晶界的移動具有很強的釘扎作用，因此，此合金材料具有較好的耐熱性能，可以滿足電工鋁合金構件在較高溫度下工作的需要；
5、在合金材料中添加B元素，並利用B元素與過渡族雜質元素Ti、V、Cr、Mn等的反應， 使它們由固溶態轉變為析出態並沉積於熔體底部，進而被清除，從而進一步提高合金的導電性能。
具體實施例方式實施例一
一種高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，包括下述步驟 (1)、選用合金材料；(2)、製造符合部件尺寸的金屬模具；
(3)、鑄造合金材料的熔制和成型；
(4)、對澆鑄成型的鑄件進行熱處理，其特徵在於
所採用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所佔的質量
百分含量是
Mg 0. 5 1. 0%, Si 0. 4 0. 8%, Zr :0. 6 0. 8%, Ce :0. 05 0. 1%，B :0. 03 0. 06% ；
餘量為Al和不可避免的雜質；
所述合金材料中所包含的雜質元素的質量百分比為Je ≤ 0.2%、CuS ≤0.05%、 Mn ≤ 0. 02%, Cr ≤ 0. 02%, Zn ≤ 0. 05%, Ti ≤ 0. 05%。 鑄造合金材料的熔制和成型步驟如下
1)首先在坩堝預熱後加入工業純Al；
2)把熔體升溫至700°C，加入單晶矽；
3)將熔體溫度降至680°C，加入鎂錠；
4)繼續升溫至765°C，先加入混合稀土Ce，並攪拌，待溶清後再加入Al — Zr中間合金以及含B元素的鹽類；
5)將熔體降溫至700°C進行精煉處理；
6)精煉處理後升溫至725°C靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；
7)澆鑄鑄件採用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數為，升液和充型速度71 90mm/s，結殼增壓壓力5 15Kpa。 實施例二
一種高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，包括下述步驟
(1)、選用合金材料；
(2)、製造符合部件尺寸的金屬模具；
(3)、鑄造合金材料的熔制和成型；
(4)、對澆鑄成型的鑄件進行熱處理，其特徵在於
所採用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所佔的質量
百分含量是
Mg 0. 5 1. 0%, Si 0. 4 0. 8%, Zr :0. 6 0. 8%, Ce :0. 05 0. 1%，B :0. 03 0. 06% ；
餘量為Al和不可避免的雜質；
所述合金材料中所包含的雜質元素的質量百分比為Je ≤ 0.2%、CuS ≤0.05%、 Mn ≤ 0. 02%, Cr ≤ 0. 02%, Zn ≤ 0. 05%, Ti ≤ 0. 05%。 鑄造合金材料的熔制和成型步驟如下
1)首先在坩堝預熱後加入工業純Al；
2)把熔體升溫至720°C，加入單晶矽；
3)將熔體溫度降至685°C，加入鎂錠；
4)繼續升溫至775°C，先加入混合稀土Ce，並攪拌，待溶清後再加入Al — Zr中間合金以及含B元素的鹽類；
5)將熔體降溫至705°C進行精煉處理；
6)精煉處理後升溫至靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；7)澆鑄鑄件採用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數為，升液和充型速度71 90mm/s，結殼增壓壓力5 15Kpa。
實施例三
1、一種高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，包括下述步驟
(1)、選用合金材料；
(2)、製造符合部件尺寸的金屬模具；
(3)、鑄造合金材料的熔制和成型；
(4)、對澆鑄成型的鑄件進行熱處理，其特徵在於
所採用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所佔的質量
百分含量是
Mg 0. 5 1. 0%, Si 0. 4 0. 8%, Zr :0. 6 0. 8%, Ce :0. 05 0. 1%，B :0. 03 0. 06% ；
餘量為Al和不可避免的雜質；
所述合金材料中所包含的雜質元素的質量百分比為Je < 0.2%、CuS 0.05%、 Mn 彡 0. 02%, Cr 彡 0. 02%, Zn 彡 0. 05%, Ti 彡 0. 05%。 鑄造合金材料的熔制和成型步驟如下
1)首先在坩堝預熱後加入工業純Al；
2)把熔體升溫至740°C，加入單晶矽；
3)將熔體溫度降至700°C，加入鎂錠；
4)繼續升溫至800°C，先加入混合稀土Ce，並攪拌，待溶清後再加入Al — Zr中間合金以及含B元素的鹽類；
5)將熔體降溫至710°C進行精煉處理；
6)精煉處理後升溫至730°C靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；
7)澆鑄鑄件採用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數為，升液和充型速度71 90mm/s，結殼增壓壓力5 15Kpa。
權利要求
1.一種高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，包括下述步驟(1)、選用合金材料；(2)、製造符合部件尺寸的金屬模具；(3)、鑄造合金材料的熔制和成型；(4)、對澆鑄成型的鑄件進行熱處理，其特徵在於所採用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所佔的質量百分含量是Mg 0. 5 1. 0%, Si 0. 4 0. 8%, Zr :0. 6 0. 8%, Ce :0. 05 0. 1%，B :0. 03 0. 06% ；餘量為Al和不可避免的雜質；所述合金材料中所包含的雜質元素的質量百分比為Je < 0.2%、CuS 0.05%、 Mn 彡 0. 02%, Cr 彡 0. 02%, Zn 彡 0. 05%, Ti 彡 0. 05%。
2.根據權利要求1所述的一種高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，其特徵在於鑄造合金材料的熔制和成型步驟如下1)首先在坩堝預熱後加入工業純Al；2)把熔體升溫至700 740°C，加入單晶矽；3)將熔體溫度降至680 700°C，加入鎂錠；4)繼續升溫至760 80(TC，先加入混合稀土Ce，並攪拌，待溶清後再加入Al — ^ 中間合金以及含B元素的鹽類；5)將熔體降溫至700 710°C進行精煉處理；6)精煉處理後升溫至720 730°C靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；7)澆鑄鑄件採用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數為，升液和充型速度71 90mm/s，結殼增壓壓力5 15Kpa。
全文摘要
高導電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，包括下述步驟1、選用合金材料；2、製造符合部件尺寸的金屬模具；3、鑄造合金材料的熔制和成型；4、對澆鑄成型的鑄件進行熱處理，其特徵在於所採用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所佔的質量百分含量是Mg0.5～1.0%，Si0.4～0.8%，Zr0.6～0.8%，Ce0.05～0.1%，B0.03～0.06%；餘量為Al和不可避免的雜質；所述合金材料中所包含的雜質元素的質量百分比為Fe≤0.2％、Cu≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％。採用該鑄造方法可產生出具有良好耐熱性、力學性能以及高導電性能的鋁合金電極橫梁部件，其導電率可達到45%IACS，長期使用溫度可達250℃，可用於電解鋅工業領域所需的電極橫梁部件。
文檔編號C22C21/08GK102554192SQ20121000656
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者馮志軍, 佔亮, 吳江, 宋國金, 李宇飛, 王偉, 石飛 申請人:瀋陽鑄造研究所