CN102554192B - 一种高导电耐热电极横梁部件的制造方法 - Google Patents

Abstract

高导电耐热电极横梁部件的铸造方法，包括下述步骤：1、选用合金材料；2、制造符合部件尺寸的金属模具；3、铸造合金材料的熔制和成型；4、对浇铸成型的铸件进行热处理，其特征在于：所采用的合金材料的组成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各组成成份所占的质量百分含量是：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%；余量为Al和不可避免的杂质；所述合金材料中所包含的杂质元素的质量百分比为：Fe≤0.2％、Cu≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％。采用该铸造方法可产生出具有良好耐热性、力学性能以及高导电性能的铝合金电极横梁部件，其导电率可达到45%IACS，长期使用温度可达250℃，可用于电解锌工业领域所需的电极横梁部件。

Description

一种高导电耐热电极横梁部件的制造方法

技术领域

本发明涉及工业制造领域，特别提供了一种用于制造高导电耐热电极横梁部件的铸造方法。具体涉及采用铸造工艺技术制造电解锌冶金领域常用的阴极板电极横梁部件，此部件在具备优良的导电性和耐热性的基础上，还具有较好的力学性能。

背景技术

电极横梁部件是电解锌工业中常用的关键零部件，此部件与阴极电极板相连，起到支撑阴极电极板的作用。电极横梁部件工作环境较差，不仅长期工作在高温环境中，而且承受着阴极电极板的重量，对其耐热性以及力学性能都提出了很高的要求。另外，由于电解锌工艺上的需要，电极横梁部件还需具有较好的导电性，以保证阴极电极板的正常工作，因此，电极横梁部件应具有良好的导电性、耐热性以及较高的力学性能。

长期以来，我国电解锌工业中使用的电极横梁部件均采用电工铝合金型材加工工艺制造，由于此部件部分结构较为复杂，采用常规的机加工设备无法加工，必须采用先进的五轴加工中心进行加工，不仅成本较高，而且制造周期长，加之电极横梁部件工作环境较为恶劣，需定期进行更换，给电解锌企业带来了较大的成本压力。因此，针对上述情况，迫切需要探索出一种新的周期较短，成本低廉的制造工艺来代替现有工艺，并且制造出的电极横梁部件具有较好的耐热性以及力学性能，以满足电解锌企业降低生产成本的需要。铸造工艺技术具有生产周期短、成本低廉等优点，是公认的降低生产成本的最佳成形工艺技术，但是，到目前为止国内外尚无采用铸造工艺制造电极横梁部件的先例，在铸造合金材料以及相关铸造工艺技术开发等方面未见有关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种高导电耐热电极横梁部件的铸造方法，采用该铸造方法可生产出具有良好耐热性、力学性能以及高导电性能的铝合金电极横梁部件，其导电率可达到45%IACS，长期使用温度可达250℃，可用于电解锌工业领域所需的电极横梁部件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高导电耐热电极横梁部件的铸造方法，包括下述步骤：

1、选用合金材料；

2、制造符合部件尺寸的金属模具；

3、铸造合金材料的熔制和成型；

4、对浇铸成型的铸件进行热处理，其特征在于：

所采用的合金材料组成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各组成成份所占的质量百分含量是：

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%；余量为Al和不可避免的杂质；

所述合金材料中所包含的杂质元素的质量分数要求为：Fe≤0.2％、Cu≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％。其中Fe元素高于此限量会明显降低合金力学性能，特别是合金韧性，Cu、Mn、Cr、Zn以及Ti元素高于此限量会明显降低合金的导电性能。

所述铸造合金材料的熔制和成型步骤如下：

1）首先在坩埚预热后加入工业纯Al；

2）把熔体升温至700～740℃，加入单晶硅；

3）将熔体温度降至680～700℃，加入镁锭；

4）继续升温至760～800℃，先加入混合稀土Ce，并搅拌，待溶清后再加入Al－Zr中间合金以及含B元素的盐类；

5）将熔体降温至700～710℃进行精炼处理；

6）精炼处理后升温至720～730℃静置，再降温至浇注温度，通过模具浇注铸件；

7）浇铸铸件采用低压铸造工艺成形部件，其具体工艺参数为，升液和充型速度71～90mm/s，结壳增压压力5～15Kpa；

8）对所浇注铸件进行热处理，包括固溶处理以及时效处理，为已知技术。

本发明的显著特点和实质性技术进步有：

1、利用铸造工艺技术制造电极横梁部件，可实现电极横梁部件的快速成型，满足此类部件制造周期短、成本低廉的需要；

2、本发明采用的合金材料成份设计方面以Mg和Si为主要合金元素联合强化，并提高合金的铸造性能，满足此横梁部件力学性能要求；

3、在合金材料中加入稀土元素Ce，提高合金材料的导电性能。其原理为：近代量子理论认为：可用波动力学来解释电子在金属内的运动。在外电场作用下，电子波沿金属内部传播，碰到晶格结点即形成电阻,当晶格间距减小时，电阻增大。加入稀土Ce可与Si、Fe形成多元化合物，减少Si、Fe在Al中的固溶量,尽可能保持纯Al原有的晶格间距，有利于电子的自由运动，显著提高材料的导电性能；其次，Ce与其他元素所形成的稀土化合物，对导电性能影响很小；此外，稀土对铝熔体的净化作用对合金材料的导电性能也会产生良好的影响。利用以上原理，本发明所用合金材料在保证一定合金强度和铸造性能的基础上，也可满足电工铝合金构件导电性能指标的需要；

4、在合金材料中添加Zr元素，提高合金材料的耐热性能，由于Zr元素在铝熔体中可生成Al₃Zr高温稳定相，可弥散的分布在合金基体中，对高温状态下合金位错的滑移和攀移以及晶界的移动具有很强的钉扎作用，因此，此合金材料具有较好的耐热性能，可以满足电工铝合金构件在较高温度下工作的需要；

5、在合金材料中添加B元素，并利用B元素与过渡族杂质元素Ti、V、Cr、Mn等的反应，使它们由固溶态转变为析出态并沉积于熔体底部，进而被清除，从而进一步提高合金的导电性能。

具体实施方式

实施例一 

一种高导电耐热电极横梁部件的铸造方法，包括下述步骤：

（1）、选用合金材料；

（2）、制造符合部件尺寸的金属模具；

（3）、铸造合金材料的熔制和成型；

（4）、对浇铸成型的铸件进行热处理，其特征在于：

所采用的合金材料的组成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各组成成份所占的质量百分含量是：

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%；余量为Al和不可避免的杂质；

所述合金材料中所包含的杂质元素的质量百分比为：Fe≤0.2％、Cu≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％。         

铸造合金材料的熔制和成型步骤如下：

1）首先在坩埚预热后加入工业纯Al；

2）把熔体升温至700℃，加入单晶硅；

3）将熔体温度降至680℃，加入镁锭；

4）继续升温至765℃，先加入混合稀土Ce，并搅拌，待溶清后再加入Al－Zr中间合金以及含B元素的盐类；

5）将熔体降温至700℃进行精炼处理；

6）精炼处理后升温至725℃静置，再降温至浇注温度，通过模具浇注铸件；

7）浇铸铸件采用低压铸造工艺成形部件，其具体工艺参数为，升液和充型速度71～90mm/s，结壳增压压力5～15Kpa。

实施例二

一种高导电耐热电极横梁部件的铸造方法，包括下述步骤：

（1）、选用合金材料；

（2）、制造符合部件尺寸的金属模具；

（3）、铸造合金材料的熔制和成型；

（4）、对浇铸成型的铸件进行热处理，其特征在于：

所采用的合金材料的组成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各组成成份所占的质量百分含量是：

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%；余量为Al和不可避免的杂质；

所述合金材料中所包含的杂质元素的质量百分比为：Fe≤0.2％、Cu≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％。         

铸造合金材料的熔制和成型步骤如下：

1）首先在坩埚预热后加入工业纯Al；

2）把熔体升温至720℃，加入单晶硅；

3）将熔体温度降至685℃，加入镁锭；

4）继续升温至775℃，先加入混合稀土Ce，并搅拌，待溶清后再加入Al－Zr中间合金以及含B元素的盐类；

5）将熔体降温至705℃进行精炼处理；

6）精炼处理后升温至728℃静置，再降温至浇注温度，通过模具浇注铸件；

7）浇铸铸件采用低压铸造工艺成形部件，其具体工艺参数为，升液和充型速度71～90mm/s，结壳增压压力5～15Kpa。

实施例三

1、一种高导电耐热电极横梁部件的铸造方法，包括下述步骤：

（1）、选用合金材料；

（2）、制造符合部件尺寸的金属模具；

（3）、铸造合金材料的熔制和成型；

（4）、对浇铸成型的铸件进行热处理，其特征在于：

所采用的合金材料的组成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各组成成份所占的质量百分含量是：

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%；余量为Al和不可避免的杂质；

所述合金材料中所包含的杂质元素的质量百分比为：Fe≤0.2％、Cu≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％。         

铸造合金材料的熔制和成型步骤如下：

1）首先在坩埚预热后加入工业纯Al；

2）把熔体升温至740℃，加入单晶硅；

3）将熔体温度降至700℃，加入镁锭；

4）继续升温至800℃，先加入混合稀土Ce，并搅拌，待溶清后再加入Al－Zr中间合金以及含B元素的盐类；

5）将熔体降温至710℃进行精炼处理；

6）精炼处理后升温至730℃静置，再降温至浇注温度，通过模具浇注铸件；

7）浇铸铸件采用低压铸造工艺成形部件，其具体工艺参数为，升液和充型速度71～90mm/s，结壳增压压力5～15Kpa。

Claims (1)

1.一种高导电耐热电极横梁部件的铸造方法，包括下述步骤：

（1）、选用合金材料；

（2）、制造符合部件尺寸的金属模具；

（3）、铸造合金材料的熔制和成型；

（4）、对浇铸成型的铸件进行热处理，其特征在于：

所采用的合金材料的组成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各组成成份所占的质量百分含量是：

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%；余量为Al和不可避免的杂质；

所述合金材料中所包含的杂质元素的质量百分比为：Fe≤0.2％、Cu≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％；

所述的铸造合金材料的熔制和成型步骤如下：

1）首先在坩埚预热后加入工业纯Al；

2）把熔体升温至700～740℃，加入单晶硅；

3）将熔体温度降至680～700℃，加入镁锭；

4）继续升温至760～800℃，先加入混合稀土Ce，并搅拌，待溶清后再加入Al－Zr中间合金以及含B元素的盐类；

5）将熔体降温至700～710℃进行精炼处理；

6）精炼处理后升温至720～730℃静置，再降温至浇注温度，通过模具浇注铸件；

7）浇铸铸件采用低压铸造工艺成形部件，其具体工艺参数为，升液和充型速度71～90mm/s，结壳增压压力5～15Kpa。