專利名稱：一種高導(dǎo)電耐熱電極橫梁部件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)制造領(lǐng)域，特別提供了一種用于制造高導(dǎo)電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法。具體涉及采用鑄造工藝技術(shù)制造電解鋅冶金領(lǐng)域常用的陰極板電極橫梁部件， 此部件在具備優(yōu)良的導(dǎo)電性和耐熱性的基礎(chǔ)上，還具有較好的力學(xué)性能。
背景技術(shù)：
電極橫梁部件是電解鋅工業(yè)中常用的關(guān)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(huán)境較差，不僅長期工作在高溫環(huán)境中，而且承受著陰極電極板的重量，對其耐熱性以及力學(xué)性能都提出了很高的要求。另外，由于電解鋅工藝上的需要，電極橫梁部件還需具有較好的導(dǎo)電性，以保證陰極電極板的正常工作，因此，電極橫梁部件應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性、耐熱性以及較高的力學(xué)性能。長期以來，我國電解鋅工業(yè)中使用的電極橫梁部件均采用電工鋁合金型材加工工藝制造，由于此部件部分結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用常規(guī)的機加工設(shè)備無法加工，必須采用先進的五軸加工中心進行加工，不僅成本較高，而且制造周期長，加之電極橫梁部件工作環(huán)境較為惡劣，需定期進行更換，給電解鋅企業(yè)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，成本低廉的制造工藝來代替現(xiàn)有工藝，并且制造出的電極橫梁部件具有較好的耐熱性以及力學(xué)性能，以滿足電解鋅企業(yè)降低生產(chǎn)成本的需要。鑄造工藝技術(shù)具有生產(chǎn)周期短、成本低廉等優(yōu)點，是公認(rèn)的降低生產(chǎn)成本的最佳成形工藝技術(shù)，但是，到目前為止國內(nèi)外尚無采用鑄造工藝制造電極橫梁部件的先例，在鑄造合金材料以及相關(guān)鑄造工藝技術(shù)開發(fā)等方面未見有關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高導(dǎo)電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，采用該鑄造方法可生產(chǎn)出具有良好耐熱性、力學(xué)性能以及高導(dǎo)電性能的鋁合金電極橫梁部件，其導(dǎo)電率可達到45%IACS，長期使用溫度可達250°C，可用于電解鋅工業(yè)領(lǐng)域所需的電極橫梁部件。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種高導(dǎo)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、制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，其特征在于
所采用的合金材料組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所占的質(zhì)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% ；
余量為Al和不可避免的雜質(zhì)；
所述合金材料中所包含的雜質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求為Je < 0. 2%、Cu < 0. 05%、Mn ( 0. 02%, Cr ( 0. 02%, Zn ( 0. 05%, Ti ( 0. 05%。其中！^e 元素高于此限量會明顯降低合金力學(xué)性能，特別是合金韌性，Cu、Mn、Cr、Si以及Ti元素高于此限量會明顯降低合金的導(dǎo)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(yù)熱后加入工業(yè)純Al；
2)把熔體升溫至700 740°C，加入單晶硅；
3)將熔體溫度降至680 700°C，加入鎂錠；
4)繼續(xù)升溫至760 80(TC，先加入混合稀土Ce，并攪拌，待溶清后再加入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)精煉處理后升溫至720 730°C靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；
7)澆鑄鑄件采用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數(shù)為，升液和充型速度71 90mm/s,結(jié)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(shù)。本發(fā)明的顯著特點和實質(zhì)性技術(shù)進步有
1、利用鑄造工藝技術(shù)制造電極橫梁部件，可實現(xiàn)電極橫梁部件的快速成型，滿足此類部件制造周期短、成本低廉的需要；
2、本發(fā)明采用的合金材料成份設(shè)計方面以Mg和Si為主要合金元素聯(lián)合強化，并提高合金的鑄造性能，滿足此橫梁部件力學(xué)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(dǎo)電性能。其原理為近代量子理論認(rèn)為可用波動力學(xué)來解釋電子在金屬內(nèi)的運動。在外電場作用下，電子波沿金屬內(nèi)部傳播，碰到晶格結(jié)點即形成電阻，當(dāng)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，盡可能保持純Al原有的晶格間距，有利于電子的自由運動，顯著提高材料的導(dǎo)電性能；其次，Ce與其他元素所形成的稀土化合物，對導(dǎo)電性能影響很??；此外，稀土對鋁熔體的凈化作用對合金材料的導(dǎo)電性能也會產(chǎn)生良好的影響。利用以上原理，本發(fā)明所用合金材料在保證一定合金強度和鑄造性能的基礎(chǔ)上，也可滿足電工鋁合金構(gòu)件導(dǎo)電性能指標(biāo)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，由于&元素在鋁熔體中可生成AlJr高溫穩(wěn)定相，可彌散的分布在合金基體中，對高溫狀態(tài)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(gòu)件在較高溫度下工作的需要；
5、在合金材料中添加B元素，并利用B元素與過渡族雜質(zhì)元素Ti、V、Cr、Mn等的反應(yīng)， 使它們由固溶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲龀鰬B(tài)并沉積于熔體底部，進而被清除，從而進一步提高合金的導(dǎo)電性能。
具體實施例方式實施例一
一種高導(dǎo)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)、制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，其特征在于
所采用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所占的質(zhì)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% ；
余量為Al和不可避免的雜質(zhì)；
所述合金材料中所包含的雜質(zhì)元素的質(zhì)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(yù)熱后加入工業(yè)純Al；
2)把熔體升溫至700°C，加入單晶硅；
3)將熔體溫度降至680°C，加入鎂錠；
4)繼續(xù)升溫至765°C，先加入混合稀土Ce，并攪拌，待溶清后再加入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)精煉處理后升溫至725°C靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；
7)澆鑄鑄件采用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數(shù)為，升液和充型速度71 90mm/s，結(jié)殼增壓壓力5 15Kpa。 實施例二
一種高導(dǎo)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)、制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，其特征在于
所采用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所占的質(zhì)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% ；
余量為Al和不可避免的雜質(zhì)；
所述合金材料中所包含的雜質(zhì)元素的質(zhì)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(yù)熱后加入工業(yè)純Al；
2)把熔體升溫至720°C，加入單晶硅；
3)將熔體溫度降至685°C，加入鎂錠；
4)繼續(xù)升溫至775°C，先加入混合稀土Ce，并攪拌，待溶清后再加入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)精煉處理后升溫至靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；7)澆鑄鑄件采用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數(shù)為，升液和充型速度71 90mm/s，結(jié)殼增壓壓力5 15Kpa。
實施例三
1、一種高導(dǎo)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)、制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，其特征在于
所采用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所占的質(zhì)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% ；
余量為Al和不可避免的雜質(zhì)；
所述合金材料中所包含的雜質(zhì)元素的質(zhì)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(yù)熱后加入工業(yè)純Al；
2)把熔體升溫至740°C，加入單晶硅；
3)將熔體溫度降至700°C，加入鎂錠；
4)繼續(xù)升溫至800°C，先加入混合稀土Ce，并攪拌，待溶清后再加入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)精煉處理后升溫至730°C靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；
7)澆鑄鑄件采用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數(shù)為，升液和充型速度71 90mm/s，結(jié)殼增壓壓力5 15Kpa。
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)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)、制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，其特征在于所采用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所占的質(zhì)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% ；余量為Al和不可避免的雜質(zhì)；所述合金材料中所包含的雜質(zhì)元素的質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)電耐熱電極橫梁部件的鑄造方法，其特征在于鑄造合金材料的熔制和成型步驟如下1)首先在坩堝預(yù)熱后加入工業(yè)純Al；2)把熔體升溫至700 740°C，加入單晶硅；3)將熔體溫度降至680 700°C，加入鎂錠；4)繼續(xù)升溫至760 80(TC，先加入混合稀土Ce，并攪拌，待溶清后再加入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)精煉處理后升溫至720 730°C靜置，再降溫至澆注溫度，通過模具澆注鑄件；7)澆鑄鑄件采用低壓鑄造工藝成形部件，其具體工藝參數(shù)為，升液和充型速度71 90mm/s，結(jié)殼增壓壓力5 15Kpa。
全文摘要
高導(dǎo)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、制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，其特征在于所采用的合金材料的組成成份包括Al、Mg、Si、Zr、Ce、B元素；各組成成份所占的質(zhì)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%；余量為Al和不可避免的雜質(zhì)；所述合金材料中所包含的雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比為Fe≤0.2％、Cu≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％。采用該鑄造方法可產(chǎn)生出具有良好耐熱性、力學(xué)性能以及高導(dǎo)電性能的鋁合金電極橫梁部件，其導(dǎo)電率可達到45%IACS，長期使用溫度可達250℃，可用于電解鋅工業(yè)領(lǐng)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(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者馮志軍, 占亮, 吳江, 宋國金, 李宇飛, 王偉, 石飛 申請人:沈陽鑄造研究所