專利名稱：一種高導電耐熱電極橫梁部件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工業(yè)制造領域，特別提供了一種用于制造高導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制造電解鋅冶金領域常用的陰極板電極橫梁部件， 此部件在具備優(yōu)良的導電性和耐熱性的基礎上，還具有較好的力學性能。
背景技術：
電極橫梁部件是電解鋅工業(yè)中常用的關鍵零部件，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電性，以保證陰極電極板的正常工作，因此，電極橫梁部件應具有良好的導電性、耐熱性以及較高的力學性能。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，由于此部件部分結構較為復雜，采用常規(guī)的機加工設備無法加工，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。鑄造工藝技術具有生產(chǎn)周期短、成本低廉等優(yōu)點，是公認的降低生產(chǎn)成本的最佳成形工藝技術，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鑄造工藝技術開發(fā)等方面未見有關報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高導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、力學性能以及高導電性能的鋁合金電極橫梁部件，其導電率可達到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)明采用如下技術方案
一種高導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)量分數(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。本發(fā)明的顯著特點和實質(zhì)性技術進步有
1、利用鑄造工藝技術制造電極橫梁部件，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，提高合金材料的導電性能。其原理為近代量子理論認為可用波動力學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，碰到晶格結點即形成電阻，當晶格間距減小時，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，顯著提高材料的導電性能；其次，Ce與其他元素所形成的稀土化合物，對導電性能影響很??；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上，也可滿足電工鋁合金構件導電性能指標的需要；
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， 使它們由固溶態(tài)轉變?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電性能。
具體實施例方式實施例一
一種高導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，結殼增壓壓力5 15Kpa。 實施例二
一種高導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，結殼增壓壓力5 15Kpa。
實施例三
1、一種高導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，結殼增壓壓力5 15Kpa。
權利要求
1.一種高導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)權利要求1所述的一種高導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，結殼增壓壓力5 15Kpa。
全文摘要
高導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、力學性能以及高導電性能的鋁合金電極橫梁部件，其導電率可達到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