CN103740957A

CN103740957A - 一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法

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Publication number: CN103740957A
Application number: CN201410028763.7A
Authority: CN
Inventors: 刘奎仁; 王庆璋; 李斌川; 陈建设; 韩庆
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: CN103740957B

Abstract

本发明属于腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法。本发明是首先向电阻炉中加入电解原铝液，然后加入锌锭，形成铝合金液，然后采用氩气负载精炼剂对铝合金液进行喷射精炼，精炼后向铝合金熔体中通入氩气进行脱气，然后用扒渣工具扒除铝合金熔体表面的氧化浮渣扒渣后向铝合金熔体中加入低熔点金属元素，在低熔点金属压入后，对熔体进行电磁搅拌，然后进行陶瓷过滤，在700～740℃将铝合金熔体以均匀的浇注速度向预热的铁制阳极模具中倾倒浇注，待合金熔体充满模具，冷却凝固成型后，从模具中取出，得到铝合金牺牲阳极。本发明具有熔炼时间短，氧化烧损小，除气、除杂能力好，熔炼成本低的特点。

Description

一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法

技术领域

本发明属于腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法。

背景技术

目前，国内外铝合金牺牲阳极的熔炼工艺均是以纯度为99.85%的原铝锭、99.99%的锌锭等为原料，通过熔炼炉将金属锭加热到约750-780℃熔化，经熔化—搅拌—静置—扒渣—加合金—静置—浇铸等工序，制得铝合金牺牲阳极。熔炼炉通常采用电加热或燃气加热。由于将金属锭由室温加热到780℃，熔炼时间较长，能耗高，且金属的氧化烧损严重，一般氧化烧损率高达10%。由于牺牲阳极的熔炼缺乏精炼工序，合金中存在大量的气泡和金属氧化物夹杂，导致铝合金牺牲阳极电位正移、表面溶解不均匀、电流效率降低。而铝合金牺牲阳极在生产过程中，由于炉料本身所携带的气体和杂质，以及铝锭、锌锭等在加热熔炼、转送等过程中造成氧化烧损并吸收了气体，铝合金液中会不可避免的含有大量氧化夹杂物和气体，使合金液的流动性变差，浇注后会使牺牲阳极产生大量氧化物夹杂、气孔等铸造缺陷，影响其溶解性能、电化性能以及外观质量，故必须在浇注前，对其进行精炼、净化处理，以脱除这些氧化夹杂物和气体，提高铝合金液的质量。

目前，合金熔体的精炼一般有固体精炼、气体精炼以及固体和气体混合的喷吹精炼等方法，气体精炼较易脱除熔体中的气体物质，但脱除氧化物夹杂能力较差；固体精炼可脱除熔体中的氧化物夹杂，但脱气效果一般。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法，通过以液态的电解原铝液替代纯度为99.85%的原铝锭熔炼铝合金，并选用高效无污染的精炼剂喷射精炼，合金熔体经脱气并陶瓷过滤后，进一步脱除合金中的气体及氧化物夹杂，目的是显著减少合金的氧化烧损，减少阳极中的气泡及氧化物夹杂，提高阳极的电化学性能，并具有熔炼时间短，氧化烧损小，除气、除杂能力好，熔炼成本低的特点。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

（1）打开电阻炉电源，预热并升温到750~900℃，向电阻炉中加入电解原铝液，然后加入锌锭，形成铝合金液，加入占铝合金液重量0.3～0.8%的覆盖剂，将铝液表面均匀覆盖，且不漏出铝液；

（2）采用氩气负载精炼剂对铝合金液进行喷射精炼，精炼温度为720～780℃，精炼剂的用量占炉料总量的0.3～0.6%，精炼时间为5~30min，得到精炼的铝合金熔体；

（3）精炼后向铝合金熔体中通入氩气进行脱气，脱气时间为7～15min，脱除合金中的氢气，脱气后的铝合金熔体静置5~20min，然后用扒渣工具扒除铝合金熔体表面的氧化浮渣；

（4）扒渣后向铝合金熔体中加入低熔点金属元素，所述的低熔点金属元素以高纯铝箔包覆的形式用钟罩压入，压入时间为1～2min；

（5）在低熔点金属压入后，对熔体进行电磁搅拌5~25min，然后进行陶瓷过滤，得到去除氧化夹杂的铝合金熔体，对铝合金熔体进行成分分析，发现合金成分不合格，则应马上进行调整成分的补加或冲淡工作，并重新精炼；如合金成分合格，则进行下一步浇注；

（6）采用真空包或浇包，在700～740℃的浇注温度下，将铝合金熔体以均匀的浇注速度向预热到200～500℃的铁制阳极模具中倾倒浇注，待合金熔体充满磨具，冷却凝固成型后，从模具中取出，得到铝合金牺牲阳极。

所述的锌锭的加入量为铝合金液重量的2～10%。

所述的步骤（1）中还可以与锌锭同时加入高熔点合金铝硅合金或铝钛合金，其加入量按照铝硅合金中的硅占铝合金液总重量0.01～0.5%，铝钛合金中的钛占铝合金液总重量的0.2～5%计算。

所述的覆盖剂成分按重量分数为50%NaCl+50%KCl或（40～50%）NaCl+（25～35%）KCl+（25～35%）Na₃AlF₆。

所述的精炼剂成分按照重量分数为39% NaCl+50%KCl+4.4%CaF₂+6.6%Na₃AlF₆。

所述的低熔点金属元素是In、Cd、Sn或Mg中的一种或两种，其加入量是铝重量的0.01~0.1%。

本发明方法适用于熔炼Al-Zn-In系牺牲阳极，包括Al-Zn-In-Cd系合金、Al-Zn-In-Sn系合金、Al-Zn-In-Sn-Mg系合金、Al-Zn-In-Si系合金、Al-Zn-In-Mg-Ti系等以及其他铝合金系列牺牲阳极。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

以铝锭、锌锭等为原料生产铝合金牺牲阳极过程中，原料的氧化烧损主要集中在从室温到其熔点温度的熔化过程，该阶段的氧化烧损占总烧损量的75~90%以上，而熔化后的铝合金熔体表面存在一层氧化物膜，阻止了金属的进一步氧化，故而后期氧化烧损很少。由于产生的氧化铝密度较大，极易夹杂在铝熔体中，氧化夹杂的存在，会造成阳极电位变正，其原因是氧化物的电极电位通常较正，而铝合金阳极的电极电位较负；此外，氧化夹杂还会造成阳极电流效率的损失，因为氧化夹杂的存在占据了一部分铝合金牺牲阳极的位置，使得阳极的放电点减少，并且造成阳极的机械脱落，从而降低阳极的放电性能。

本发明以液态的电解原铝液替代纯度为99.85%的原铝锭熔炼铝合金，最大限度的缩短了合金的熔化时间及熔炼时间，因而显著减少了铝液的氧化烧损，合金的烧损率由10%降低到0.5%，缩短熔炼时间50%以上，避免了氧化物夹杂对阳极性能的影响，显著降低熔炼能耗。

本发明还选用了高效无污染精炼剂喷射精炼，大幅减少阳极中的气泡及氧化物夹杂，熔炼过程环境友好；合金熔体经脱气并陶瓷过滤后，利用重力作用，合金液从高位槽倒入，低位槽流出；利用陶瓷口径细小的特点，可以阻挡大颗粒的氧化颗粒，从而达到进一步去除氧化夹杂的目的，提高阳极的电化学性能。

本发明用扒渣工具扒除铝表面的氧化浮渣，是为了避免其它原料加入时将大量的浮渣卷入铝液中，造成大量的氧化夹杂；本发明在低熔点金属压入后，对熔体进行充分的电磁搅拌，以使成分快速扩散并均匀分布；本发明在对铝合金熔体进行陶瓷过滤，是利用重力作用，合金熔体从高位槽倒入，低位槽流出，并利用陶瓷口径细小的特点，可以阻挡大颗粒的氧化颗粒，从而达到进一步去除氧化夹杂的目的；本发明在浇注铝合金熔体时，要注意液流要平稳，不断流，不过急，还要注意合金液的补缩。

综上所述，本发明具有熔炼时间短，氧化烧损小，除气、除杂能力好，熔炼成本低的特点。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明以电解原铝液熔铸得到的Al-Zn-In-Si合金牺牲阳极与现有技术中采用铝锭熔铸的阳极的表面微观形貌对比图；

图中（a）是现有技术中采用铝锭熔铸的阳极；（b）是本发明以电解原铝液熔铸得到的Al-Zn-In-Si合金牺牲阳极。

具体实施方式

实施例1

（1）打开电阻炉电源，预热并升温到750℃，向电阻炉中加入电解原铝液，然后加入铝硅合金及锌锭，形成铝合金液，加入占铝合金液重量0.3%的覆盖剂，将铝液表面均匀覆盖，且不漏出铝液；

（2）采用氩气负载成分为39% NaCl+50%KCl+4.4%CaF₂+6.6%Na₃AlF₆的精炼剂对铝合金液进行喷射精炼，精炼温度为720℃，精炼剂的用量占炉料总量的0.6%，精炼时间为20min，得到精炼的铝合金熔体；

（3）精炼后向铝合金熔体中通入氩气进行脱气，脱气时间为7min，脱气后的铝合金熔体静置20min，然后用扒渣工具扒除铝合金熔体表面的氧化浮渣；

（4）扒渣后向铝合金熔体中加入低熔点金属元素In，In以高纯铝箔包覆的形式用钟罩压入，压入时间为1min；

（5）在低熔点金属压入后，对熔体进行电磁搅拌5min，然后进行陶瓷过滤，得到去除氧化夹杂的铝合金熔体，对铝合金熔体进行成分分析，发现合金成分不合格，则应马上进行调整成分的补加或冲淡工作，并重新精炼；如合金成分合格，则进行下一步浇注；

（6）采用真空包或浇包，在740℃的浇注温度下，将铝合金熔体以均匀的浇注速度向预热到200℃的铁制阳极模具中倾倒浇注，待合金熔体充满磨具，冷却凝固成型后，从模具中取出，得到Al-Zn-In-Si合金牺牲阳极。

铝硅合金加入量按照铝硅合金中的硅占铝合金液重量0.5%计算。

所述的锌锭的加入量是铝合金液重量的2%。

所述的覆盖剂选用重量分数50%NaCl+50%KCl。

所述的In加入量是铝合金液重量的0.1%。

将所得铸锭与未经精炼及市售精炼剂精炼获得的铝合金牺牲阳极进行比较，如图2所示，从图2可以清楚的看出，未经过精炼工艺制备出的阳极，在阳极内部含有大量的氧化夹杂和少量的气孔，而采用精炼工艺制备出的阳极，则在不同程度上，氧化夹杂数量有所减少，气孔明显减少，甚至没有；获得的Al-Zn-In-Si合金牺牲阳极工作电位-1.089～-1.095V，实际电容量2500 A·h·kg^-1以上，电流效率89%以上，经过显微组织照片显示，采用本熔炼工艺可获得无夹杂、无针孔、电位稳定、溶解性能好的的Al-Zn-In-Si合金牺牲阳极。

实施例2

（1）打开电阻炉电源，预热并升温到800℃，向电阻炉中加入电解原铝液，然后加入铝钛合金及锌锭，形成铝合金液，加入占铝合金液重量0.5%的覆盖剂，将铝液表面均匀覆盖，且不漏出铝液；

（2）采用氩气负载成分为39% NaCl+50%KCl+4.4%CaF₂+6.6%Na₃AlF₆的精炼剂对铝合金液进行喷射精炼，精炼温度为740℃，精炼剂的用量占炉料总量的0.3%，精炼时间为30min，得到精炼的铝合金熔体；

（3）精炼后向铝合金熔体中通入氩气进行脱气，脱气时间为15min，脱气后的铝合金熔体静置5min，然后用扒渣工具扒除铝合金熔体表面的氧化浮渣；

（4）扒渣后向铝合金熔体中加入低熔点金属元素In和Mg，以高纯铝箔包覆的形式用钟罩压入，压入时间为2min；

（5）在低熔点金属压入后，对熔体进行电磁搅拌15min，然后进行陶瓷过滤，得到去除氧化夹杂的铝合金熔体，对铝合金熔体进行成分分析，发现合金成分不合格，则应马上进行调整成分的补加或冲淡工作，并重新精炼；如合金成分合格，则进行下一步浇注；

（6）采用真空包或浇包，在720℃的浇注温度下，将铝合金熔体以均匀的浇注速度向预热到300℃的铁制阳极模具中倾倒浇注，待合金熔体充满磨具，冷却凝固成型后，从模具中取出，得到Al-Zn-In-Mg-Ti合金牺牲阳极。

铝硅合金加入量按照铝钛合金中的钛占铝合金液总量0.2%计算。

所述的锌锭的加入量是铝合金液重量的5%。

所述的覆盖剂的成分按照重量分数为50%NaCl+35%KCl+15%Na₃AlF₆。

所述的In和Mg的加入量是铝合金液重量的0.05%。

将所得牺牲阳极与未经精炼及市售精炼剂精炼获得的铝合金牺牲阳极进行比较，表明采用本工艺获得的牺牲阳极，无肉眼可见的针孔存在，也不存在夹杂缺陷，Al-Zn-In-Mg-Ti合金牺牲阳极工作电位-1.12～-1.095V，实际电容量2500 A·h·kg^-1以上，电流效率91%以上，腐蚀产物容易脱落，表面溶解较为均匀。经过显微组织照片显示，采用本熔炼工艺获得了无夹杂、无针孔、电位稳定、溶解性能好的的Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极。

实施例3

（1）打开电阻炉电源，预热并升温到900℃，向电阻炉中加入电解原铝液，然后加入锌锭，形成铝合金液，加入占铝合金液重量0.8%的覆盖剂，将铝液表面均匀覆盖，且不漏出铝液；

（2）采用氩气负载成分为39% NaCl+50%KCl+4.4%CaF₂+6.6%Na₃AlF₆的精炼剂对铝合金液进行喷射精炼，精炼温度为780℃，精炼剂的用量占炉料总量的0.5%，精炼时间为5min，得到精炼的铝合金熔体；

（3）精炼后向铝合金熔体中通入氩气进行脱气，脱气时间为10min，脱气后的铝合金熔体静置10min，然后用扒渣工具扒除铝合金熔体表面的氧化浮渣；

（4）扒渣后向铝合金熔体中加入低熔点金属元素In和Cd，以高纯铝箔包覆的形式用钟罩压入，压入时间为1.5min；

（5）在低熔点金属压入后，对熔体进行电磁搅拌25min，然后进行陶瓷过滤，得到去除氧化夹杂的铝合金熔体，对铝合金熔体进行成分分析，发现合金成分不合格，则应马上进行调整成分的补加或冲淡工作，并重新精炼；如合金成分合格，则进行下一步浇注；

（6）采用真空包或浇包，在700℃的浇注温度下，将铝合金熔体以均匀的浇注速度向预热到500℃的铁制阳极模具中倾倒浇注，待合金熔体充满磨具，冷却凝固成型后，从模具中取出，得到Al-Zn-In-Cd合金牺牲阳极。

铝硅合金加入量按照铝钛合金中的钛占炉料总量0.2%计算。

所述的锌锭的加入量是炉料中重量的10%。

所述的覆盖剂成分按照重量分数为40%NaCl+35%KCl+25%Na₃AlF₆。

所述的In和Cd的加入量是铝重量的0.01%。

将所得牺牲阳极与未经精炼及市售精炼剂精炼获得的铝合金牺牲阳极进行比较，无肉眼可见的针孔存在，也不存在夹杂缺陷。获得的Al-Zn-In-Cd牺牲阳极工作电位-1.11～-1.12V，实际电容量2460 A·h·kg^-1以上，电流效率85%以上，腐蚀产物容易脱落，表面溶解较为均匀。经过显微组织照片显示，采用本熔炼工艺同样可获得无夹杂、无针孔、电位稳定、溶解性能好的的Al-Zn-In-Cd牺牲阳极。

Claims

1.一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法，其特征在于按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法，其特征在于所述的锌锭的加入量为铝合金液重量的2～10%。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法，其特征在于所述的步骤（1）中还可以与锌锭同时加入高熔点合金铝硅合金或铝钛合金，其加入量按照铝硅合金中的硅占铝合金液总重量0.01～0.5%，铝钛合金中的钛占铝合金液总重量的0.2～5%计算。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法，其特征在于所述的覆盖剂成分按重量分数为50%NaCl+50%KCl或（40～50%）NaCl+（25～35%）KCl+（25～35%）Na₃AlF₆。

5.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法，其特征在于所述的精炼剂成分按照重量分数为39% NaCl+50%KCl+4.4%CaF₂+6.6%Na₃AlF₆。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的熔铸方法，其特征在于所述的低熔点金属元素是In、Cd、Sn或Mg中的一种或两种，其加入量是铝重量的0.01~0.1%。