CN109055993B - 一种铝电解槽用打壳锤头及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝电解槽打壳锤头及其制备方法，打壳锤头包括锤头部和安装部,安装部包括一体成型的螺纹连接段、过渡锥段和锤头连接段，锤头部的一端与锤头连接段活动连接，另一端为半球形，锤头部包括锤头基体和依次设置在锤头基体外表面的渗碳层、渗硼层和防腐层，其制备方法包括①锤头部的制作，②安装部的制作，③将锤头部的外螺纹锤头旋入到锤头连接段的内螺纹锥孔内，旋紧后即可得到成品，其中锤头部的制作工序包括对锤头基体表面预热处理、渗碳处理、回火处理、渗硼处理、淬火处理、覆防腐层和精车。本发明设计合理、工艺方法切实可行，有效的提高了锤头的耐磨性能、耐高温性能和耐腐蚀性能，延长了使用寿命，成本低、效益好。

Description

一种铝电解槽用打壳锤头及其制备方法
技术领域
本发明属于电解铝生产加工技术领域，具体涉及一种铝电解槽用打壳锤头的制备方法。
背景技术
在铝电解生产过程中，打壳锤头的作用是将预焙阳极铝电解槽的进料口打开，以便让氧化铝原料能够顺利进入电解质中溶解，从而保持铝电解生产过程持续和正常进行，故打壳锤头是铝电解生产下料系统的重要零部件之一。打壳锤头的工作环境恶劣，损耗速度快，锤头在工作过程中频繁地会受到高温冰晶石、氧化铝电解质熔盐和铝液的腐蚀，并且与高硬度的氧化铝结壳不断地摩擦，导致打锤头在短期内因严重磨损和腐蚀而报废。目前，打壳锤头一般都使用低硬度的Q235铸钢造或锻钢制备，其耐磨、耐蚀和抗氧化能力差，使用寿命非常低，这样的打壳锤头不但增加了金属铝的生产成本，而且还将杂质元素铁带入了铝液中，污染了铝液的同时、降低了铝锭的纯度和品质，为了提高打壳锤头的耐磨性能，相关的企业也进行了大量的研究和试验，在现有的技术中，主要有两种解决方式，一是采用多种合金元素组合后冶炼，再加工成打壳锤头，这种方式虽然在一定的程度上可以提高耐磨性能，但是需要购置成套的冶炼设备，对成分的改进也需要大量的资金投入，无形中就会增加生产成本；二是在传统的低碳钢的表面进行堆焊或者涂覆耐磨层，这种方式的成本相对较低，但是由于施工工艺的控制不合理，堆焊层或者耐磨层容易脱落，不能从根本上解决这一难题。因此，研制开发一种容易实施、既能降低生产成本，又能提高耐磨性能、耐腐蚀性能和耐高温性能的铝电解槽用打壳锤头的制备方法是客观需要的。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种容易实施、既能降低生产成本，又能提高耐磨性能、耐腐蚀性能和耐高温性能的铝电解槽用打壳锤头及其制备方法。
本发明所述的铝电解槽用打壳锤头，包括锤头部和安装部,锤头部的总长度是安装部总长度的3～3.5倍；安装部包括一体成型的螺纹连接段、过渡锥段和锤头连接段，螺纹连接段的端部加工有4×45°的倒角，锤头连接段的外径与锤头部的外径相同且大于螺纹连接段的外径，所述过渡锥段的锥角为45°，过渡锥段的长度是螺纹连接段长度的六分之一至八分之一，螺纹连接段的长度与锤头连接段的长度相等，所述锤头连接段端部的中心处加工有内螺纹锥孔；锤头部的一端加工有与内螺纹锥孔相匹配的外螺纹锤头，外螺纹锤头可拆卸的安装在内螺纹锥孔内，锤头部的另一端为半球形，锤头部包括锤头基体和依次设置在锤头基体外表面的渗碳层、渗硼层和防腐层。
进一步的，锤头部的表面粗糙度等级不低于Ra1.6，安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2。
进一步的，渗硼层的厚度大于渗碳层的厚度，渗碳层的厚度等于防腐层的厚度，且渗硼层的厚度为渗碳层厚度的5～10倍。
本发明所述的铝电解槽用打壳锤头的制备方法，包括以下步骤：
①锤头部的制作：
a预热处理：将采用低碳钢制得的锤头基体表面进行清洁后，再转入热处理炉内进行预热处理，预热处理的方式是，先以5～10℃/min的升温速度将炉内温度升温至200～300℃，保温1～2h，接着以10～20℃/min的升温速度将炉内温度升温至500～600℃，保温30～60min后冷却至200℃以下出炉；
b渗碳处理：将经步骤a处理后的锤头基体置于装有渗碳剂的渗碳箱内，使渗碳剂覆盖锤头基体的厚度为5～10mm，之后在压力为1～2×105Pa，温度为700～800℃的条件下进行渗碳处理，保温10～20h，使渗碳剂沉积到锤头基体的表面形成渗碳层；
c回火处理：将经步骤b处理后的锤头基体整体浸入水池中进行淬火,然后再转入热处理炉内进行低温回火,回火的温度为150～200℃,保温时间为2～3h后出炉自然冷却，之后再将锤头基体按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥；
d渗硼处理：先将步骤c处理后的带有渗碳层的锤头基体置于装有渗硼剂的渗硼箱中，使渗硼剂覆盖锤头基体的厚度为5～10mm，然后将渗硼箱内的温度以5～10℃/min的速度预热到500～550℃，保温30～60min后，以5～10℃/min 的速度加热至900～1000℃，保温20～30h，使渗硼剂中硼元素不断扩散后渗入到渗碳层形成渗硼层，随后随炉冷却至200℃以下出炉；
e淬火处理：将经步骤d处理后的带有渗碳层和渗硼层的锤头基体置入热处理炉中，以10～15℃/min的升温速度将炉内温度升温至1000～1100℃， 保温1～2h随炉冷却至200℃以下出炉，之后再将锤头基体的渗硼层表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥；
f覆防腐层:将经步骤e处理后的带有渗碳层和渗硼层的锤头基体置入装有防腐液的加热炉中，之后将炉内温度升温至50～60℃，保温20～30min后防腐液覆盖在渗硼层上形成防腐层；
g精车：将锤头基体的防腐层表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra1.6，同时按图样要求加工外螺纹锤头；
②安装部的制作：选用低碳钢棒按图样要求分别加工螺纹连接段、过渡锥段和锤头连接段，使安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2，同时在锤头连接段上加工与外螺纹锤头相匹配的内螺纹锥孔；
③组装：将锤头部的外螺纹锤头旋入到锤头连接段的内螺纹锥孔内，旋紧后即可得到打壳锤头的成品。
进一步的，在步骤①的a工序中，锤头基体表面清洁的方式是：将锤头基体置于丙酮中静置10～20min，然后进行超声清洗5～10min，取出水洗后，再置于盐酸中静置5～8min，取出水洗，干燥。
进一步的，在步骤①的b工序中，渗碳剂包括尿素和硬质木炭混合后制得的固体渗碳剂，所述尿素与硬质木炭的质量比为1:10～20。
进一步的，在步骤①的d工序中，渗硼剂包括以下质量份的原料：无定型硼粉30～50份、碳化硼5～10份、氟硼酸钾3～5份，尿素1～2份、硅铁1～2份、氟铝酸钠3～5份、氧化铈1～2份、碳化硅10～20份和活性炭10～20份，所述渗硼剂的制备方法是：先将以上质量份的原料使用磨机磨成粉末，然后再用混料机将上述原料粉末混合均匀，之后在混合料中加入混合料总重量20～30%的水，然后用制粒机加工成颗粒，颗粒经过烘干后制成渗硼剂。
进一步的，在步骤①的f工序中，防腐液包括：70～80g/L硅烷偶联剂、10～15g/L硝酸钇、2～5g/L植酸钠、2～3g/L硝酸，10～20g/L氟硅酸钾、5～8g/L氟钛酸铵和10～20g/L甘油，溶剂为水。
与现有的技术相比，本发明的优点在于： 一是采用可拆卸的安装方式，便于锤头部的更换，有利于降低生产成本；二是在原有结构的基础上，在锤头基体的外层依次设置渗碳层、渗硼层和防腐性能，渗碳层能够使锤头基体与渗硼层更好地结合，用于提高锤头基体与渗硼层的结合强度，避免渗硼层脱落，渗硼层能显著的提高锤头基体的硬度，具有较好的耐磨性能和耐高温性能，三是防腐层可以避免锤头基体腐蚀，进一步的延长了锤头的使用时间；四是优化了制备的工艺，让锤头基体先进行渗碳再进行渗硼，可在锤头基体表面形成了一个过渡层，使渗硼层与锤头基体结合较好，不易于脱落，同时，通过合理的控制渗硼前后的各项技术参数，可以获得厚度更深的渗硼层，获得的渗硼层致密度较高、硬度高，具有较好的渗硼效果，可大幅的提高锤头基体的硬度、耐磨性能、耐高温性和耐腐蚀性能。采用本发明制得的打壳锤头具有较硬的表面又有较高的韧性，表面硬度可达到1300HV以上，渗硼层的厚度能达到0.1mm以上，使用寿命提高了2～3倍，且渗硼层均匀牢固、不易脱落，具有结构设计合理、工艺操作简单，对设备的要求较低的特点，对提高打壳锤头寿命产生的积极效果非常显著。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1-螺纹连接段,2-过渡锥段,3-锤头连接段,4-防腐层,5-渗硼层,6-渗碳层,7-锤头基体,8-外螺纹锤头,9-内螺纹锥孔。
具体实施方式
下面结合实施例和附图说明对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均实施例属于本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例所述的铝电解槽用打壳锤头，包括锤头部和安装部，所述锤头部的总长度是安装部总长度的3～3.5倍，所述安装部包括一体成型的螺纹连接段1、过渡锥段2和锤头连接段3，采用一体加工成型，工艺简单，便于大规模生产，所述螺纹连接段1的端部加工有4×45°的倒角，所述锤头连接段3的外径与锤头部的外径相同且大于螺纹连接段1的外径，所述过渡锥段2的锥角为45°，过渡锥段2的长度是螺纹连接段1长度的六分之一至八分之一，所述螺纹连接段1的长度与锤头连接段3的长度相等，所述锤头连接段3端部的中心处加工有内螺纹锥孔9；所述锤头部的一端加工有与内螺纹锥孔9相匹配的外螺纹锤头8，所述外螺纹锤头8可拆卸的安装在内螺纹锥孔9内，便于锤头部的更换，有利于节约生产成本，所述锤头部的另一端为半球形，所述锤头部包括锤头基体7和依次设置在锤头基体7外表面的渗碳层6、渗硼层5和防腐层4，渗碳层6用于提高渗硼层5与锤头基体7的结合强度，渗硼层5具有较高的耐磨性能，防腐层4能有效防止打壳过程中铝液飞溅对锤头造成的腐蚀。
为了达到较好的打壳效果，所述锤头部的表面粗糙度等级不低于Ra1.6，所述安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2。
优选地，所述渗硼层5的厚度大于渗碳层6的厚度，所述渗碳层6的厚度等于防腐层4的厚度，且所述渗硼层5的厚度为渗碳层6厚度的5～10倍。
本实施例所述的铝电解槽用打壳锤头的制备方法，包括以下步骤：
①锤头部的制作：
a预热处理：将采用低碳钢制得的锤头基体7表面进行清洁后，所述锤头基体7表面清洁的方式是：将锤头基体7置于丙酮中静置10min，然后进行超声清洗5min，取出水洗后，再置于盐酸中静置5min，取出水洗，干燥，再转入热处理炉内进行预热处理，预热处理的方式是，先以5℃/min的升温速度将炉内温度升温至200℃，保温1h，接着以10℃/min的升温速度将炉内温度升温至500℃，保温30min后冷却至200℃以下出炉；
b渗碳处理：将经步骤a处理后的锤头基体7置于装有渗碳剂的渗碳箱内，使渗碳剂覆盖锤头基体7的厚度为 5mm，之后在压力为1×105Pa，温度为700℃的条件下进行渗碳处理，保温10h，使渗碳剂沉积到锤头基体7的表面形成渗碳层6，所述渗碳剂包括尿素和硬质木炭混合后制得的固体渗碳剂，所述尿素与硬质木炭的质量比为1:10，通过渗碳处理，在有利于与渗硼层5结合的同时，还进一步的提高了锤头基体7的硬度；
c回火处理：将经步骤b处理后的锤头基体7整体浸入水池中进行淬火,然后再转入热处理炉内进行低温回火,回火的温度为150℃,保温时间为2h后出炉自然冷却，之后再将锤头基体7按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥，
d渗硼处理：先将步骤c处理后的带有渗碳层6的锤头基体7置于装有渗硼剂的渗硼箱中，使渗硼剂覆盖锤头基体7的厚度为5mm，然后将渗硼箱内的温度以5℃/min的速度预热到500℃，保温30min后，以5℃/min 的速度加热至900℃，保温20h，使渗硼剂中硼元素不断扩散后渗入到渗碳层6形成渗硼层5，随后随炉冷却至200℃以下出炉，淬火回火后进行渗硼，渗硼剂分解产生的硼原子迁移到锤头基体7上发生反应生成了Fe2B相，随着渗硼剂供应的硼原子增多，Fe2B的生成速度加快，进一步提高渗硼剂分解，使硼原子在表面的进一步堆积，然后开始形成FeB相，硼化物FeB和Fe2B是非常稳定的化合物，具有良好的热硬性，使本发明经渗硼后在800℃以下的温度时，能够保持很高的硬度，其耐磨性随着提高，而且稳定好；在高温下钢材表面的FeB和Fe2B将会与氧发生反应，产生B2O3会使氧化的过程停止或降低到极缓慢的程度，进而使材料的表面受到一定的保护；所述渗硼剂包括以下质量份的原料：无定型硼粉30份、碳化硼5份、氟硼酸钾3份，尿素1份、硅铁1份、氟铝酸钠3份、氧化铈1份、碳化硅10份和活性炭10份，所述渗硼剂的制备方法是：先将以上质量份的原料使用磨机磨成粉末，然后再用混料机将上述原料粉末混合均匀，之后在混合料中加入混合料总重量20%的水，然后用制粒机加工成颗粒，颗粒经过烘干后制成渗硼剂；
e淬火处理：将经步骤d处理后的带有渗碳层6和渗硼层5的锤头基体7置入热处理炉中，以10℃/min的升温速度将炉内温度升温至1000℃， 保温1h随炉冷却至200℃以下出炉，之后再将锤头基体7的渗硼层5表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥；
f覆防腐层4:将经步骤e处理后的带有渗碳层6和渗硼层5的锤头基体7置入装有防腐液的加热炉中，之后将炉内温度升温至50℃，保温20min后防腐液覆盖在渗硼层5上形成防腐层4；所述防腐液包括：70g/L硅烷偶联剂、10g/L硝酸钇、2g/L植酸钠、2g/L硝酸、10g/L氟硅酸钾、5g/L氟钛酸铵和10g/L甘油，溶剂为水；渗硼后覆防腐层4，采用硅烷偶联剂和硝酸钇发生交联作用，形成致密的膜层，而植酸钠与硅烷偶联剂与硝酸配合，起到弥散、填充的作用，进一步提高膜层的致密程度，氟硅酸钾、氟钛酸铵和甘油配合，封闭膜层中的活性基团，进一步提高膜层的耐腐蚀性能，同时由于硝酸钇中的钇元素的电负性小、化学活性大，可在碳钢表面形成许多活性中心，加速活性硼原子在碳钢表面的吸附，为硼原子向基体内扩散提供条件，进一步提高了锤头基体7的硬度。
g精车：将锤头基体7的防腐层4表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra1.6，同时按图样要求加工外螺纹锤头8；
②安装部的制作：选用低碳钢棒按图样要求分别加工螺纹连接段1、过渡锥段2和锤头连接段3，使安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2，同时在锤头连接段3上加工与外螺纹锤头8相匹配的内螺纹锥孔9；
③组装：将锤头部的外螺纹锤头8旋入到锤头连接段3的内螺纹锥孔9内，旋紧后即可得到打壳锤头的成品。
按照上述的方案进行实施、试验，证明本发明设计合理、工艺方法切实可行，有效的提高了锤头的耐磨性能、耐高温性能和耐腐蚀性能，延长了使用寿命，成本低、效益好，较好的达到了预定的目的，经检测，本实施例使得的锤头部的表面硬度为1368HV，渗硼层的厚度为0.13mm，渗硼层粘接牢固，使用的过程中没有渗硼层脱落的现象，相比现有技术，使用寿命提高了2.3倍。
实施例2：
本实施例所述的铝电解槽用打壳锤头，包括锤头部和安装部，所述锤头部的总长度是安装部总长度的3～3.5倍，所述安装部包括一体成型的螺纹连接段1、过渡锥段2和锤头连接段3，采用一体加工成型，工艺简单，便于大规模生产，所述螺纹连接段1的端部加工有4×45°的倒角，所述锤头连接段3的外径与锤头部的外径相同且大于螺纹连接段1的外径，所述过渡锥段2的锥角为45°，过渡锥段2的长度是螺纹连接段1长度的六分之一至八分之一，所述螺纹连接段1的长度与锤头连接段3的长度相等，所述锤头连接段3端部的中心处加工有内螺纹锥孔9；所述锤头部的一端加工有与内螺纹锥孔9相匹配的外螺纹锤头8，所述外螺纹锤头8可拆卸的安装在内螺纹锥孔9内，便于锤头部的更换，有利于节约生产成本，所述锤头部的另一端为半球形，所述锤头部包括锤头基体7和依次设置在锤头基体7外表面的渗碳层6、渗硼层5和防腐层4，渗碳层6用于提高渗硼层5与锤头基体7的结合强度，渗硼层5具有较高的耐磨性能，防腐层4能有效防止打壳过程中铝液飞溅对锤头造成的腐蚀。
为了达到较好的打壳效果，所述锤头部的表面粗糙度等级不低于Ra1.6，所述安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2。
优选地，所述渗硼层5的厚度大于渗碳层6的厚度，所述渗碳层6的厚度等于防腐层4的厚度，且所述渗硼层5的厚度为渗碳层6厚度的5～10倍。
本实施例所述的铝电解槽用打壳锤头的制备方法，包括以下步骤：
①锤头部的制作：
a预热处理：将采用低碳钢制得的锤头基体7表面进行清洁后，所述锤头基体7表面清洁的方式是：将锤头基体7置于丙酮中静置15min，然后进行超声清洗8min，取出水洗后，再置于盐酸中静置7min，取出水洗，干燥，再转入热处理炉内进行预热处理，预热处理的方式是，先以8℃/min的升温速度将炉内温度升温至250℃，保温1.5h，接着以15℃/min的升温速度将炉内温度升温至550℃，保温50min后冷却至200℃以下出炉；
b渗碳处理：将经步骤a处理后的锤头基体7置于装有渗碳剂的渗碳箱内，使渗碳剂覆盖锤头基体7的厚度为 8mm，之后在压力为1.5×105Pa，温度为750℃的条件下进行渗碳处理，保温15h，使渗碳剂沉积到锤头基体7的表面形成渗碳层6，所述渗碳剂包括尿素和硬质木炭混合后制得的固体渗碳剂，所述尿素与硬质木炭的质量比为1:15，通过渗碳处理，在有利于与渗硼层5结合的同时，还进一步的提高了锤头基体7的硬度；
c回火处理：将经步骤b处理后的锤头基体7整体浸入水池中进行淬火,然后再转入热处理炉内进行低温回火,回火的温度为180℃,保温时间为2～3h后出炉自然冷却，之后再将锤头基体7按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥，
d渗硼处理：先将步骤c处理后的带有渗碳层6的锤头基体7置于装有渗硼剂的渗硼箱中，使渗硼剂覆盖锤头基体7的厚度为8mm，然后将渗硼箱内的温度以8℃/min的速度预热到520℃，保温45min后，以8℃/min 的速度加热至950℃，保温25h，使渗硼剂中硼元素不断扩散后渗入到渗碳层6形成渗硼层5，随后随炉冷却至200℃以下出炉，淬火回火后进行渗硼，渗硼剂分解产生的硼原子迁移到锤头基体7上发生反应生成了Fe2B相，随着渗硼剂供应的硼原子增多，Fe2B的生成速度加快，进一步提高渗硼剂分解，使硼原子在表面的进一步堆积，然后开始形成FeB相，硼化物FeB和Fe2B是非常稳定的化合物，具有良好的热硬性，使本发明经渗硼后在800℃以下的温度时，能够保持很高的硬度，其耐磨性随着提高，而且稳定好；在高温下钢材表面的FeB和Fe2B将会与氧发生反应，产生B2O3会使氧化的过程停止或降低到极缓慢的程度，进而使材料的表面受到一定的保护；所述渗硼剂包括以下质量份的原料：无定型硼粉40份、碳化硼8份、氟硼酸钾4份，尿素1.5份、硅铁1.5份、氟铝酸钠4份、氧化铈1.5份、碳化硅15份和活性炭15份，所述渗硼剂的制备方法是：先将以上质量份的原料使用磨机磨成粉末，然后再用混料机将上述原料粉末混合均匀，之后在混合料中加入混合料总重量20～30%的水，然后用制粒机加工成颗粒，颗粒经过烘干后制成渗硼剂；
e淬火处理：将经步骤d处理后的带有渗碳层6和渗硼层5的锤头基体7置入热处理炉中，以12℃/min的升温速度将炉内温度升温至1050℃， 保温1.5h随炉冷却至200℃以下出炉，之后再将锤头基体7的渗硼层5表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥；
f覆防腐层4:将经步骤e处理后的带有渗碳层6和渗硼层5的锤头基体7置入装有防腐液的加热炉中，之后将炉内温度升温至55℃，保温25min后防腐液覆盖在渗硼层5上形成防腐层4；所述防腐液包括75g/L硅烷偶联剂、13g/L硝酸钇、3.5g/L植酸钠、2.5g/L硝酸、15g/L氟硅酸钾、7g/L氟钛酸铵和15g/L甘油，溶剂为水；渗硼后覆防腐层4，采用硅烷偶联剂和硝酸钇发生交联作用，形成致密的膜层，而植酸钠与硅烷偶联剂与硝酸配合，起到弥散、填充的作用，进一步提高膜层的致密程度，氟硅酸钾、氟钛酸铵和甘油配合，封闭膜层中的活性基团，进一步提高膜层的耐腐蚀性能，同时由于硝酸钇中的钇元素的电负性小、化学活性大，可在碳钢表面形成许多活性中心，加速活性硼原子在他碳钢表面的吸附，为硼原子向基体内扩散提供条件，进一步提高了锤头基体7的硬度。
g精车：将锤头基体7的防腐层4表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra1.6，同时按图样要求加工外螺纹锤头8；
②安装部的制作：选用低碳钢棒按图样要求分别加工螺纹连接段1、过渡锥段2和锤头连接段3，使安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2，同时在锤头连接段3上加工与外螺纹锤头8相匹配的内螺纹锥孔9；
③组装：将锤头部的外螺纹锤头8旋入到锤头连接段3的内螺纹锥孔9内，旋紧后即可得到打壳锤头的成品。
按照上述的方案进行实施、试验，证明本发明设计合理、工艺方法切实可行，有效的提高了锤头的耐磨性能、耐高温性能和耐腐蚀性能，延长了使用寿命，成本低、效益好，较好的达到了预定的目的，经检测，本实施例使得的锤头部的表面硬度为1450HV，渗硼层的厚度为0.15mm，渗硼层粘接牢固，使用的过程中没有渗硼层脱落的现象，相比现有技术，使用寿命提高了3倍。
实施例3
本实施例所述的铝电解槽用打壳锤头，包括锤头部和安装部，所述锤头部的总长度是安装部总长度的3～3.5倍，所述安装部包括一体成型的螺纹连接段1、过渡锥段2和锤头连接段3，采用一体加工成型，工艺简单，便于大规模生产，所述螺纹连接段1的端部加工有4×45°的倒角，所述锤头连接段3的外径与锤头部的外径相同且大于螺纹连接段1的外径，所述过渡锥段2的锥角为45°，过渡锥段2的长度是螺纹连接段1长度的六分之一至八分之一，所述螺纹连接段1的长度与锤头连接段3的长度相等，所述锤头连接段3端部的中心处加工有内螺纹锥孔9；所述锤头部的一端加工有与内螺纹锥孔9相匹配的外螺纹锤头8，所述外螺纹锤头8可拆卸的安装在内螺纹锥孔9内，便于锤头部的更换，有利于节约生产成本，所述锤头部的另一端为半球形，所述锤头部包括锤头基体7和依次设置在锤头基体7外表面的渗碳层6、渗硼层5和防腐层4，渗碳层6用于提高渗硼层5与锤头基体7的结合强度，渗硼层5具有较高的耐磨性能，防腐层4能有效防止打壳过程中铝液飞溅对锤头造成的腐蚀。
为了达到较好的打壳效果，所述锤头部的表面粗糙度等级不低于Ra1.6，所述安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2。
优选地，所述渗硼层5的厚度大于渗碳层6的厚度，所述渗碳层6的厚度等于防腐层4的厚度，且所述渗硼层5的厚度为渗碳层6厚度的5～10倍。
本实施例所述的铝电解槽用打壳锤头的制备方法，包括以下步骤：
①锤头部的制作：
a预热处理：将采用低碳钢制得的锤头基体7表面进行清洁后，所述锤头基体7表面清洁的方式是：将锤头基体7置于丙酮中静置20min，然后进行超声清洗10min，取出水洗后，再置于盐酸中静置8min，取出水洗，干燥，再转入热处理炉内进行预热处理，预热处理的方式是，先以10℃/min的升温速度将炉内温度升温至300℃，保温2h，接着以20℃/min的升温速度将炉内温度升温至600℃，保温60min后冷却至200℃以下出炉；
b渗碳处理：将经步骤a处理后的锤头基体7置于装有渗碳剂的渗碳箱内，使渗碳剂覆盖锤头基体7的厚度为10mm，之后在压力为2×105Pa，温度为800℃的条件下进行渗碳处理，保温10～20h，使渗碳剂沉积到锤头基体7的表面形成渗碳层6，所述渗碳剂包括尿素和硬质木炭混合后制得的固体渗碳剂，所述尿素与硬质木炭的质量比为1: 20，通过渗碳处理，在有利于与渗硼层5结合的同时，还进一步的提高了锤头基体7的硬度；
c回火处理：将经步骤b处理后的锤头基体7整体浸入水池中进行淬火,然后再转入热处理炉内进行低温回火,回火的温度为200℃,保温时间为3h后出炉自然冷却，之后再将锤头基体7按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥，
d渗硼处理：先将步骤c处理后的带有渗碳层6的锤头基体7置于装有渗硼剂的渗硼箱中，使渗硼剂覆盖锤头基体7的厚度为10mm，然后将渗硼箱内的温度以10℃/min的速度预热到550℃，保温60min后，以10℃/min 的速度加热至1000℃，保温30h，使渗硼剂中硼元素不断扩散后渗入到渗碳层6形成渗硼层5，随后随炉冷却至200℃以下出炉，淬火回火后进行渗硼，渗硼剂分解产生的硼原子迁移到锤头基体7上发生反应生成了Fe2B相，随着渗硼剂供应的硼原子增多，Fe2B的生成速度加快，进一步提高渗硼剂分解，使硼原子在表面的进一步堆积，然后开始形成FeB相，硼化物FeB和Fe2B是非常稳定的化合物，具有良好的热硬性，使本发明经渗硼后在800℃以下的温度时，能够保持很高的硬度，其耐磨性随着提高，而且稳定好；在高温下钢材表面的FeB和Fe2B将会与氧发生反应，产生B2O3会使氧化的过程停止或降低到极缓慢的程度，进而使材料的表面受到一定的保护；所述渗硼剂包括以下质量份的原料：无定型硼粉50份、碳化硼10份、氟硼酸钾5份，尿素2份、硅铁2份、氟铝酸钠5份、氧化铈2份、碳化硅20份和活性炭20份，所述渗硼剂的制备方法是：先将以上质量份的原料使用磨机磨成粉末，然后再用混料机将上述原料粉末混合均匀，之后在混合料中加入混合料总重量30%的水，然后用制粒机加工成颗粒，颗粒经过烘干后制成渗硼剂；
e淬火处理：将经步骤d处理后的带有渗碳层6和渗硼层5的锤头基体7置入热处理炉中，以15℃/min的升温速度将炉内温度升温至1100℃， 保温2h随炉冷却至200℃以下出炉，之后再将锤头基体7的渗硼层5表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥；
f覆防腐层4:将经步骤e处理后的带有渗碳层6和渗硼层5的锤头基体7置入装有防腐液的加热炉中，之后将炉内温度升温至60℃，保温30min后防腐液覆盖在渗硼层5上形成防腐层4；所述防腐液包括： 80g/L硅烷偶联剂、15g/L硝酸钇、5g/L植酸钠、3g/L硝酸、 20g/L氟硅酸钾、8g/L氟钛酸铵和20g/L甘油，溶剂为水；渗硼后覆防腐层4，采用硅烷偶联剂和硝酸钇发生交联作用，形成致密的膜层，而植酸钠与硅烷偶联剂与硝酸配合，起到弥散、填充的作用，进一步提高膜层的致密程度，氟硅酸钾、氟钛酸铵和甘油配合，封闭膜层中的活性基团，进一步提高膜层的耐腐蚀性能，同时由于硝酸钇中的钇元素的电负性小、化学活性大，可在碳钢表面形成许多活性中心，加速活性硼原子在他碳钢表面的吸附，为硼原子向基体内扩散提供条件，进一步提高了锤头基体7的硬度。
g精车：将锤头基体7的防腐层4表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra1.6，同时按图样要求加工外螺纹锤头8；
②安装部的制作：选用低碳钢棒按图样要求分别加工螺纹连接段1、过渡锥段2和锤头连接段3，使安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2，同时在锤头连接段3上加工与外螺纹锤头8相匹配的内螺纹锥孔9；
③组装：将锤头部的外螺纹锤头8旋入到锤头连接段3的内螺纹锥孔9内，旋紧后即可得到打壳锤头的成品。
按照上述的方案进行实施、试验，证明本发明设计合理、工艺方法切实可行，有效的提高了锤头的耐磨性能、耐高温性能和耐腐蚀性能，延长了使用寿命，成本低、效益好，较好的达到了预定的目的，经检测，本实施例使得的锤头部的表面硬度为1380HV，渗硼层的厚度为0.15mm，渗硼层粘接牢固，使用的过程中没有渗硼层脱落的现象，相比现有技术，使用寿命提高了2.5倍。

Claims (4)

1.一种铝电解槽用打壳锤头,其特征在于:包括锤头部和安装部, 所述锤头部的总长度是安装部总长度的3～3.5倍；
所述安装部包括一体成型的螺纹连接段（1）、过渡锥段（2）和锤头连接段（3），所述螺纹连接段（1）的端部加工有4×45°的倒角，所述锤头连接段（3）的外径与锤头部的外径相同且大于螺纹连接段（1）的外径，所述过渡锥段（2）的锥角为45°，过渡锥段（2）的长度是螺纹连接段（1）长度的六分之一至八分之一，所述螺纹连接段（1）的长度与锤头连接段（3）的长度相等，所述锤头连接段（3）端部的中心处加工有内螺纹锥孔（9）；
所述锤头部的一端加工有与内螺纹锥孔（9）相匹配的外螺纹锤头（8），所述外螺纹锤头（8）可拆卸的安装在内螺纹锥孔（9）内，所述锤头部的另一端为半球形，所述锤头部包括锤头基体（7）和依次设置在锤头基体（7）外表面的渗碳层（6）、渗硼层（5）和防腐层（4）; 所述锤头部的表面粗糙度等级不低于Ra1.6，所述安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2; 所述渗硼层（5）的厚度大于渗碳层（6）的厚度，所述渗碳层（6）的厚度等于防腐层（4）的厚度，且所述渗硼层（5）的厚度为渗碳层（6）厚度的5～10倍。
2.一种铝电解槽用打壳锤头的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
①锤头部的制作：
a预热处理：将采用低碳钢制得的锤头基体（7）表面进行清洁后，再转入热处理炉内进行预热处理，预热处理的方式是，先以5～10℃/min的升温速度将炉内温度升温至200～300℃，保温1～2h，接着以10～20℃/min的升温速度将炉内温度升温至500～600℃，保温30～60min后冷却至200℃以下出炉；所述锤头基体（7）表面清洁的方式是：将锤头基体（7）置于丙酮中静置10～20min，然后进行超声清洗5～10min，取出水洗后，再置于盐酸中静置5～8min，取出水洗，干燥;
b渗碳处理：将经步骤a处理后的锤头基体7置于装有渗碳剂的渗碳箱内，使渗碳剂覆盖锤头基体（7）的厚度为5～10mm，之后在压力为1～2×105Pa，温度为700～800℃的条件下进行渗碳处理，保温10～20h，使渗碳剂沉积到锤头基体（7）的表面形成渗碳层（6）；
c回火处理：将经步骤b处理后的锤头基体（7）整体浸入水池中进行淬火,然后再转入热处理炉内进行低温回火,回火的温度为150～200℃,保温时间为2～3h后出炉自然冷却，之后再将锤头基体（7）按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥；
d渗硼处理：先将步骤c处理后的带有渗碳层（6）的锤头基体（7）置于装有渗硼剂的渗硼箱中，使渗硼剂覆盖锤头基体（7）的厚度为5～10mm，然后将渗硼箱内的温度以5～10℃/min的速度预热到500～550℃，保温30～60min后，以5～10℃/min 的速度加热至900～1000℃，保温20～30h，使渗硼剂中硼元素不断扩散后渗入到渗碳层（6）形成渗硼层（5），随后随炉冷却至200℃以下出炉；
e淬火处理：将经步骤d处理后的带有渗碳层（6）和渗硼层（5）的锤头基体（7）置入热处理炉中，以10～15℃/min的升温速度将炉内温度升温至1000～1100℃， 保温1～2h随炉冷却至200℃以下出炉，之后再将锤头基体（7）的渗硼层（5）表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra3.2，随后用酒精清洗后干燥；
f覆防腐层（4）:将经步骤e处理后的带有渗碳层（6）和渗硼层（5）的锤头基体（7）置入装有防腐液的加热炉中，之后将炉内温度升温至50～60℃，保温20～30min后防腐液覆盖在渗硼层（5）上形成防腐层（4）；所述防腐液包括：70～80g/L硅烷偶联剂、10～15g/L硝酸钇、2～5g/L植酸钠、2～3g/L硝酸，10～20g/L氟硅酸钾、5～8g/L氟钛酸铵和10～20g/L甘油，溶剂为水;
g精车：将锤头基体（7）的防腐层（4）表面按常规方式抛光处理至表面粗糙度等级不低于Ra1.6，同时按图样要求加工外螺纹锤头（8）；
②安装部的制作：选用低碳钢棒按图样要求分别加工螺纹连接段（1）、过渡锥段（2）和锤头连接段（3），使安装部的表面粗糙度等级不低于Ra3.2，同时在锤头连接段3上加工与外螺纹锤头（8）相匹配的内螺纹锥孔（9）；
③组装：将锤头部的外螺纹锤头（8）旋入到锤头连接段（3）的内螺纹锥孔（9）内，旋紧后即可得到打壳锤头的成品。
3.根据权利要求2所述的一种铝电解槽用打壳锤头的制备方法，其特征在于：在步骤①的b工序中，所述渗碳剂包括尿素和硬质木炭混合后制得的固体渗碳剂，所述尿素与硬质木炭的质量比为1:10～20。
4.根据权利要求2所述的一种铝电解槽用打壳锤头的制备方法，其特征在于：在步骤①的d工序中，所述渗硼剂包括以下质量份的原料：无定型硼粉30～50份、碳化硼5～10份、氟硼酸钾3～5份，尿素1～2份、硅铁1～2份、氟铝酸钠3～5份、氧化铈1～2份、碳化硅10～20份和活性炭10～20份，所述渗硼剂的制备方法是：先将以上质量份的原料使用磨机磨成粉末，然后再用混料机将上述原料粉末混合均匀，之后在混合料中加入混合料总重量20～30%的水，然后用制粒机加工成颗粒，颗粒经过烘干后制成渗硼剂。
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