專(zhuān)利名稱(chēng)：用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiB₂陰極涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)鋁電解槽陰極惰性涂層的制備及涂覆方法，具體涉及到一種用等離子噴涂法制備鋁電解槽TiB2陰極涂層的方法。
背景技術(shù)：
硼化鈦(TiB2)熔點(diǎn)高、導(dǎo)電率高，且在高溫下有良好的導(dǎo)電性、致密性能好、硬度大，能抵御鋁液和冰晶石電解液的浸蝕作用，對(duì)鋁液有良好的濕潤(rùn)性，現(xiàn)已成為制造鋁電解槽可潤(rùn)濕惰性陰極涂層的首選材料。為了使TiB2能夠牢固粘結(jié)在鋁電解用碳素陰極表面上，通常在以TiB2作為基料的陰極涂層中的糊料中加入熱固性樹(shù)脂、固化劑和溶劑等，經(jīng)過(guò)固化、炭化等過(guò)程得到鋁電解 槽能使用的涂層陰極。固化速度及固化反應(yīng)的劇烈程度會(huì)對(duì)涂層形貌的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。固化速度快，反應(yīng)越劇烈，涂層的裂紋和孔隙就越大，致使涂層與炭陰極的結(jié)合較弱，容易脫落而影響陰極涂層的應(yīng)用效果。且刷涂層較厚，使得在電解槽通電焙燒、啟動(dòng)時(shí)受熱沖擊大，熱應(yīng)力不均，最終導(dǎo)致涂層早期的脫落。加之工藝復(fù)雜、施工難度大、時(shí)間長(zhǎng)、嚴(yán)重阻礙了 TiB2陰極涂層的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有惰性陰極技術(shù)的上述不足，提供一種用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiB2陰極涂層的方法，能夠延長(zhǎng)工業(yè)鋁電解中電解槽使用壽命，以實(shí)現(xiàn)鋁電解槽低極距操作，提高陰極對(duì)鋁液的潤(rùn)濕性，提高陰極涂層的熱穩(wěn)定性，抵御冰晶石電解質(zhì)的浸蝕能力，以達(dá)到提高電流效率、降低能耗等目的。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiB^A極涂層的方法，其特征在于利用等離子噴涂設(shè)備通過(guò)機(jī)械手在工業(yè)鋁電解槽內(nèi)的陰極表面形成組織結(jié)構(gòu)致密、均勻和粘結(jié)強(qiáng)度大的TiB2復(fù)合材料涂層，
該方法有如下步驟
(1)烘干的硼化鈦粉末、氧化鋁粉末和石墨粉末按一定比例加入高溫焙燒爐中形成共晶體；
(2)共晶體經(jīng)過(guò)破碎、球磨以及進(jìn)一步的超細(xì)粉碎后加入等離子噴涂設(shè)備的料斗中，并在主控制系統(tǒng)內(nèi)輸入相應(yīng)的三維空間移動(dòng)數(shù)據(jù)，啟動(dòng)噴涂設(shè)備的主控制系統(tǒng)及機(jī)械手；
(3)通過(guò)機(jī)械手控制噴涂設(shè)備送粉器的噴嘴與陰極表面基體的距離以及噴嘴的移動(dòng)速度，在鋁電解槽陰極表面形成TiB2陰極涂層復(fù)合材料。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案
步驟(I)中加入高溫焙燒爐的粉末按重量百分比為硼化鈦粉末60% 80%、氧化鋁粉末10 30%、石墨粉末10 20% ;所述的高溫焙燒爐為中頻感應(yīng)爐。步驟(2)中共晶體粉碎后的粒度為-325 +625目。
所述共晶體超細(xì)粉碎采用的設(shè)備為氣流粉碎機(jī)。所述等離子噴涂設(shè)備的工藝參數(shù)為使用氬氣為主氣加次氣為氫氣聯(lián)合送粉，主氣流量2000 3000L/h，次氣流量20 35L/h ;工作電流500 650A，工作電壓65 75V ；料斗的送粉器流量為200 400L/h。所述噴嘴與陰極表面基體的距離5cm 10cm,噴嘴的移動(dòng)速度O. 001 O. 10m/s,在鋁電解槽陰極表面形成厚度為O. 4 I. 5mm的TiB2陰極涂層復(fù)合材料。本發(fā)明采用等離子噴涂法在鋁電解槽陰極炭塊上直接噴涂厚度O. 4 I. 5mm的TiB2復(fù)合材料涂層，所形成的TiB2陰極涂層平整、致密，其與炭陰極結(jié)合牢固緊密，不易脫落，具有良好的耐沖擊損傷能力及韌性，較低的電阻率，導(dǎo)電性良好，具有較高的熱穩(wěn)定性，較強(qiáng)的抵御冰晶石電解質(zhì)的浸蝕能力，且與鋁液潤(rùn)濕性良好。
本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)處理成本低；在工業(yè)鋁電解槽內(nèi)有效地控制TiB2復(fù)合材料陰極涂層的厚度，有利于降低鋁電解槽的工業(yè)電壓及二次反應(yīng)幾率，TiB2陰極涂層的使用大大降低了鋁電解槽的槽電壓，延長(zhǎng)了鋁電解槽的使用壽命，有效提高了電流效率和降低能耗，有利于改善招電解生廣，提聞?wù)袕V品的質(zhì)量。


圖I為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I:
將TiB2、Al203、石墨粉放入恒溫干燥箱中，在120°C下干燥3 6h。烘干后的TiB2、Al203和石墨粉末按質(zhì)量百分含量是TiB260%、Al20330%和石墨粉10%，加入中頻感應(yīng)爐中形成共晶體。經(jīng)過(guò)破碎、球磨以及進(jìn)一步的超細(xì)粉碎后粒度D5tl是400目的物料，加入等離子噴涂設(shè)備的料斗中。啟動(dòng)噴涂設(shè)備的主控系統(tǒng)及機(jī)械手進(jìn)行等離子噴涂。工藝參數(shù)使用氬氣為主氣加次氣為氫氣聯(lián)合送粉，主氣流量2000L/h，次氣流量20L/h ;工作電流550A，工作電壓70V ；送粉器流量為240L/h ;噴涂設(shè)備移動(dòng)速度O. 02m/s,噴嘴距離基體距離是8cm。得到涂層厚度是O. 7_。實(shí)施結(jié)果所得陰極涂層無(wú)裂紋，無(wú)氣泡孔，組織結(jié)構(gòu)致密，不脫落，粘結(jié)強(qiáng)度大，具備應(yīng)用于鋁電解生產(chǎn)的基本條件。鋁電解過(guò)程的槽電壓下降到380mv，電流效率提高了O. 5% ;陰極槽的壽命也延長(zhǎng)到2000天以上。實(shí)施例2
將TiB2、Al2O3和石墨粉放入恒溫干燥箱中，在120°C下干燥3 6h。烘干后的TiB2、Al2O3和石墨粉按質(zhì)量百分含量是TiB260%，Al20320%和石墨粉20%，加入高溫焙燒爐中形成共晶體。經(jīng)過(guò)破碎、球磨以及進(jìn)一步的超細(xì)粉碎后，粒度D5tl是500目，加入等離子噴涂設(shè)備的料斗中。啟動(dòng)噴涂設(shè)備的主控系統(tǒng)及機(jī)械手進(jìn)行等離子噴涂。工藝參數(shù)使用氬氣為主氣加次氣為氫氣聯(lián)合送粉，主氣流量2500L/h，次氣流量30L/h ;工作電流600A，工作電壓72V ；送粉器流量為320L/h ;噴涂設(shè)備移動(dòng)速度O. 08m/s,噴嘴距離基體距離是9cm。得到涂層厚度是I. 0_。實(shí)施結(jié)果所得陰極涂層無(wú)裂紋，無(wú)氣泡孔，組織結(jié)構(gòu)致密，不脫落，粘結(jié)強(qiáng)度大，具備應(yīng)用于鋁電解生產(chǎn)的基本條件。鋁電解過(guò)程的槽電壓下降到385mv，電流效率提高了O. 8%。陰極槽的壽命也延長(zhǎng)到2000天以上。實(shí)施例3
將TiB2、Al2O3和石墨粉放入恒溫干燥箱中，在120°C下干燥3 6h。烘干后的TiB2、Al2O3和石墨粉按質(zhì)量百分含量是TiB280%、Al20310%和石墨粉10%，加入高溫焙燒爐中形成共晶體。經(jīng)過(guò)破碎、球磨以及進(jìn)一步的超細(xì)粉碎后，粒度D5tl是500目，加入等離子噴涂設(shè)備的料斗中。啟動(dòng)噴涂設(shè)備的主控系統(tǒng)及機(jī)械手，進(jìn)行等離子噴涂。工藝參數(shù)使用氬氣為主氣加次氣為氫氣聯(lián)合送粉，主氣流量3000L/h，次氣流量35L/h ;工作電流650A，工作電壓75V ；送粉器流量為350L/h ;噴涂設(shè)備移動(dòng)速度O. 04m/s,噴嘴距離基體距離是10cm。得到涂層厚度是I. 2mm?！?br> 實(shí)施結(jié)果所得陰極涂層無(wú)裂紋，無(wú)氣泡孔，組織結(jié)構(gòu)致密，不脫落，粘結(jié)強(qiáng)度大，具備應(yīng)用于鋁電解生產(chǎn)的基本條件。鋁電解過(guò)程的槽電壓下降到390mv，電流效率提高了
O.9%。陰極槽的壽命也延長(zhǎng)到2000天以上。
權(quán)利要求
1.一種用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiBJA極涂層的方法，其特征在于利用等離子噴涂設(shè)備通過(guò)機(jī)械手在工業(yè)鋁電解槽內(nèi)的陰極表面形成組織結(jié)構(gòu)致密、均勻和粘結(jié)強(qiáng)度大的TiB2復(fù)合材料涂層， 該方法有如下步驟 (1)烘干的硼化鈦粉末、氧化鋁粉末和石墨粉末按一定比例加入高溫焙燒爐中形成共晶體； (2)共晶體經(jīng)過(guò)破碎、球磨以及進(jìn)一步的超細(xì)粉碎后加入等離子噴涂設(shè)備的料斗中，并在主控制系統(tǒng)內(nèi)輸入相應(yīng)的三維空間移動(dòng)數(shù)據(jù)，啟動(dòng)噴涂設(shè)備的主控制系統(tǒng)及機(jī)械手； (3)通過(guò)機(jī)械手控制噴涂設(shè)備送粉器的噴嘴與陰極表面基體的距離以及噴嘴的移動(dòng)速度，在鋁電解槽陰極表面形成TiB2陰極涂層復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiBJA極涂層的方法，其特征在于步驟(I)加入高溫焙燒爐中粉末的成分按重量百分比為硼化鈦粉末60% 80%、氧化鋁粉末10 30%、石墨粉末10 20% ;所述的高溫焙燒爐為中頻感應(yīng)爐。
3.如權(quán)利要求I所述的用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiBJA極涂層的方法，其特征在于步驟(2)中共晶體粉碎后的粒度為-325 +625目。
4.如權(quán)利要求I或3所述的用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiB2陰極涂層的方法，其特征在于所述共晶體超細(xì)粉碎用的設(shè)備為氣流粉碎機(jī)。
5.如權(quán)利要求I所述的用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiBJA極涂層的方法，其特征在于所述等離子噴涂設(shè)備的工藝參數(shù)為使用氬氣為主氣加次氣為氫氣聯(lián)合送粉，主氣流量2000 3000L/h，次氣流量20 35L/h ;工作電流500 650A，工作電壓65 75V ;料斗的送粉器流量為200 400L/h。
6.如權(quán)利要求I所述的用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiB2陰極涂層的方法，其特征在于所述噴嘴與陰極表面基體的距離5cm 10cm，噴嘴的移動(dòng)速度O. 001 O. 10m/S，在鋁電解槽陰極表面形成厚度為O. 4 I. 5mm的TiB2陰極涂層復(fù)合材料。
全文摘要
一種用等離子噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiB2陰極涂層的方法，該方法步驟包括烘干的硼化鈦粉末、氧化鋁粉末和石墨粉按照一定比例加入高溫焙燒爐中使其形成共晶體，共晶體經(jīng)過(guò)破碎、球磨以及進(jìn)一步的超細(xì)粉碎后加入等離子噴涂設(shè)備的料斗中，啟動(dòng)噴涂設(shè)備的主控及機(jī)械手，通過(guò)控制噴嘴與基體距離及移動(dòng)速度，在鋁電解槽陰極炭塊的表面形成TiB2陰極涂層復(fù)合材料；本發(fā)明在工業(yè)鋁電解槽內(nèi)有效地控制TiB2復(fù)合材料陰極涂層的厚度，有利于降低鋁電解槽的工業(yè)電壓及二次反應(yīng)幾率，有效提高電流效率、降低能耗，延長(zhǎng)工業(yè)鋁電解槽的使用壽命，改善鋁電解生產(chǎn)，提高鋁產(chǎn)品的質(zhì)量。
文檔編號(hào)C23C4/10GK102864404SQ201210321048
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者謝剛, 于站良, 蘇其軍, 楊萬(wàn)章, 崔焱, 陳家輝, 許娜, 謝天鑒, 彭如振 申請(qǐng)人:昆明冶金研究院