一種電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，屬于冶金材料【技術(shù)領(lǐng)域】。先打磨去除電解鋁預(yù)焙燒陽極鋼爪表面的污物，清洗烘干，再依次采用除油劑除油、酸除銹；再將預(yù)處理后的電解鋁預(yù)焙燒陽極鋼爪進行熱浸鍍鋁或熔融鹽電解滲鈦；最后將任意一種方法處理后的電解鋁預(yù)焙燒陽極鋼爪在在Na2SiO3溶液、NaOH溶液、NaH2PO4溶液或Na2Si03溶液中采用恒流模式電解進行微弧氧化，即制得熱浸鍍鋁或熔融鹽電解滲鈦微弧氧化法抗氧化耐腐蝕電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪。本發(fā)明解決陽極鋼爪的高溫氧化消耗和電解質(zhì)冰晶石腐蝕的問題。
【專利說明】一種電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，屬于冶金材料【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在預(yù)焙鋁電解生產(chǎn)過程中，陽極鋼爪作為強電流的導(dǎo)體，同時要起到支撐和聯(lián)接鋁導(dǎo)桿的作用。陽極鋼爪不僅處在空氣與高濃度CO2氣氛中，還不斷受到強腐蝕電解質(zhì)冰晶石的沖刷，因此，導(dǎo)致陽極鋼爪被空氣、CO2氧化和被冰晶石電解質(zhì)侵蝕現(xiàn)象時有發(fā)生。陽極鋼爪的氧化消耗了大量鋼材，降低了鋼爪的橫截面積，增加了電阻率，使電解鋁能耗增加。被侵蝕的鋼爪、磷生鐵熔化到鋁液中，使鋁液品位下降，降低了陽極鋼爪的利用率，給生產(chǎn)造成不利影響。因此，需要在電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪表面制備一層高溫抗氧化耐腐層。目前還沒有恰當(dāng)?shù)姆椒▉碛行Ы档弯撟Φ哪透g性能和抗氧化性能，可行的方法包括在鋼爪基體表面制備致密抗氧化耐腐蝕涂層，或者直接在鋼爪基體表面涂覆一層高溫抗氧化和耐腐蝕涂層。涂覆抗氧化涂層有界面結(jié)合強度不高的缺點。微弧氧化是一種在金屬基體表面直接制備具有冶金結(jié)合特性的氧化物陶瓷涂層技術(shù)，但只能在Al、Ti和Mg等閥金屬基體上制備氧化物陶瓷涂層，而不能在鋼爪基體表面直接制備氧化物涂層。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的正是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，具體是一種以氧化鋁為膜層材料的高溫抗氧化及耐腐蝕電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪膜層，以解決陽極鋼爪的高溫氧化消耗和電解質(zhì)冰晶石腐蝕的問題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:首先采用熱浸鍍法在基體材料表面浸鍍鋁，然后再用微弧氧化制備氧化鋁抗氧化和耐腐蝕涂層。具體步驟包括如下:
(1)預(yù)處理:打磨去除陽極鋼`爪表面的污物，清洗烘干，再依次采用除油劑除油、酸除
鎊；
(2)將預(yù)處理后的電解鋁預(yù)焙燒陽極鋼爪進行熱浸鍍鋁或熔融鹽電解滲鈦；
(3)微弧氧化:將步驟(2)中任意一種方法處理后的陽極鋼爪在Na2SiO3溶液、NaOH溶液、NaH2PO4溶液或Na2SiO3溶液中采用恒流模式電解進行微弧氧化，即在陽極鋼爪表面制得熱浸鍍鋁或熔融鹽電解滲鈦微弧氧化法抗氧化耐腐蝕電解鋁預(yù)焙涂層。
[0005]所述步驟(1)中的陽極鋼爪打磨后的是依次采用濃度為5wt%的鹽酸、無水乙醇和去離子水進行清洗的，然后在20~70°C的條件下烘干。
[0006]所述步驟(1)中的除油劑是由質(zhì)量百分比15~25wt%的K0H、5~10wt%的Na2SO4和5~15wt%的Na2CO3加水調(diào)制的混合水溶液，除油過程是在除油劑煮沸的條件下保溫20 ~30mino
[0007]所述步驟(1)中的酸除銹是采用硫酸或鹽酸除銹，硫酸除銹采用的濃度為20~30wt%，溫度40~60°C，加熱時間10~15 min ;鹽酸除銹采用的濃度為30~40wt%，溫度10~30°C，加熱時間5~20 min。[0008]所述步驟(2)的熱浸鍍鋁的具體步驟包括:所述步驟(2)的熱浸鍍鋁的具體步驟包括:將預(yù)處理后的陽極鋼爪在ZnCl2溶液中助鍍；向熔化后的純鋁中加入純鋁0.3wt%的六氯乙烷除氣，再加入覆蓋劑制得滲鋁劑，然后將助鍍后的陽極鋼爪放入溫度為700°C~1000°C的滲鋁劑中，保溫5~7小時后將陽極鋼爪拿出即可。[0009]所述助鍍是將預(yù)處理后的陽極鋼爪在溫度為75~80°C、濃度為5~10wt%的ZnCl2溶液中浸泡5~15min，完畢后用清水沖洗并吹干。
[0010]所述覆蓋劑的成分為80wt%的KClUO wt %的NaCl和10 wt %的Na3AlF6，覆蓋劑是在熔融的純鋁表面覆蓋一層即可。
[0011]所述步驟(2)的熔融鹽電解滲鈦的具體步驟包括:將質(zhì)量百分比分別為20~50%的氯化鉀、25~45%的氯化鈉和20~45%的氯化物混合配料，然后在氬氣氣氛下、溫度為750~900°C的條件下，將配好的混合物料與陽極鋼爪置于電解裝置中進行滲鈦處理，隨爐冷卻至350°C，再出爐水冷，清洗，干燥。
[0012]所述Na2SiO3溶液的濃度為0.lmol/L ；NaOH溶液中含有添加劑NaCl，濃度為3g/L的 Na0H、0.4mol/L 的 NaCl ；NaH2PO4 溶液的濃度為 0.3mol/L ；Na2Si03 溶液的濃度為 50g/L。
[0013]所述步驟(3)中微弧氧化的電流密度為5~9A/dm2，氧化時間為lOmin，頻率400~900HZ，占空比20%，電解液溫度控制在20°C~30°C。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明采用熱浸鍍鋁或熔融鹽電解滲鈦后，在陽極鋼爪表面滲如Al、Ti，然后利用微弧氧化技術(shù)對其進行微弧氧化，使鋁或鈦在陽極鋼爪上原位生成致密的氧化膜，與基體形成良好的冶金結(jié)合，將熱浸鍍鋁或熔融鹽電解滲鈦方法與微弧氧化結(jié)合共同對陽極鋼爪進行表面改性，可有效改善陽極鋼爪表面的綜合力學(xué)性能并對其進行有效保護。
[0015](2)A1203或TiO2作為一種陶瓷材料，性質(zhì)穩(wěn)定,具有良好的耐磨損耐腐蝕性能,且采用熱浸鍍法在基體材料表面浸鍍鋁，采用微弧氧化法在基體表面原位生成Al2O3或TiO2陶瓷膜。熱浸鍍鋁鋼材具有優(yōu)良的耐候性、耐蝕性、耐熱性及綜合的力學(xué)性能，微弧氧化膜層結(jié)構(gòu)致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性，使其與基體產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合的同時，又具有防止鋼爪的氧化和腐蝕的優(yōu)異性能。
[0016](3)采用上述方案，即在熱浸鍍鋁后的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪進行微弧氧化，可在陽極鋼爪表面形成能夠阻擋空氣和CO2向陽極鋼爪表面擴散的高溫抗氧化耐腐蝕膜層，在高溫時有效保護電極不被氧化，進而降低鋼材的消耗和生產(chǎn)成本。本鋼材經(jīng)熱浸鍍鋁后，再進行微弧氧化后生成的高溫抗氧化耐腐蝕涂層在鋼材基體表面的層連續(xù)致密，化學(xué)穩(wěn)定性好。
[0017](4)本發(fā)明提供的方法其操作方便，工藝簡單，節(jié)能，環(huán)保，設(shè)備要求低，制備周期短，成本低廉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。[0020]實施方式一:如圖1所示，本實施方式的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法為: (O打磨去除陽極鋼爪表面的污物，采用濃度為5wt%的鹽酸、無水乙醇和去離子水
進行清洗的，然后在20°C的條件下烘干，再依次采用除油劑除油(除油劑是由質(zhì)量百分比25wt%的K0H、5wt%的Na2SO4和15wt%的Na2CO3加水調(diào)制的混合水溶液，除油過程是在除油劑煮沸的條件下保溫25min)、酸除銹(采用硫酸，硫酸除銹采用的濃度為20wt%，溫度60°C，加熱時間12 min)；
(2)將預(yù)處理后的陽極鋼爪進行熱浸鍍鋁:將預(yù)處理后的陽極鋼爪在ZnCl2溶液中助鍍，是將預(yù)處理后的陽極鋼爪在溫度為75°C、濃度為10wt%的ZnCl2溶液中浸泡12min，完畢后用清水沖洗并吹干；然后向熔化后的純鋁中加入純鋁0.3wt%的六氯乙烷除氣，再加入覆蓋劑(覆蓋劑的成分為80wt%的KClUO wt %的NaCl和10 wt %的Na3AlF6，覆蓋劑是在熔融的純鋁表面覆蓋一層即可)制得滲鋁劑，然后將助鍍后的陽極鋼爪放入溫度為700°C的滲鋁劑中，保溫7小時后將陽極鋼爪拿出即可；
(3)將步驟(2)的方法處理后的陽極鋼爪在濃度為0.lmol/L的Na2SiO3溶液中采用恒流模式電解進行微弧氧化，微弧氧化的電流密度為5A/dm2，氧化時間為lOmin，頻率900HZ，占空比20%，電解液溫度控制在26°C，即制得電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層。
[0021]實施方式二:如圖1所示，本實施方式的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法為: (O打磨去除陽極鋼爪表面的污物，采用濃度為5wt%的鹽酸、無水乙醇和去離子水
進行清洗的，然后在50°C的條件下烘干，再依次采用除油劑除油(除油劑是由質(zhì)量百分比15wt%的KOH、10wt%的Na2SO4和I lwt%的Na2CO3加水調(diào)制的混合水溶液，除油過程是在除油劑煮沸的條件下保溫20min)、酸除銹(采用硫酸，硫酸除銹采用的濃度為30wt%，溫度40°C，加熱時間15 min)；
(2)將預(yù)處理后的陽極鋼爪進行熱浸鍍鋁:將預(yù)處理后的陽極鋼爪在ZnCl2溶液中助鍍，是將預(yù)處理后的陽極鋼爪在溫度為80°C、濃度為5wt%的ZnCl2溶液中浸泡15min，完畢后用清水沖洗并吹干；然后向熔化后的純鋁中加入純鋁0.3wt%的六氯乙烷除氣，再加入覆蓋劑(覆蓋劑的成分為80wt%的KClUO wt %的NaCl和10 wt %的Na3AlF6，覆蓋劑是在熔融的純鋁表面覆蓋一層即可)制得滲鋁劑，然后將助鍍后的陽極鋼爪放入溫度為900°C的滲鋁劑中，保溫5小時后將陽極鋼爪拿出即可；
(3)將步驟(2)中任意一種方法處理后的陽極鋼爪在NaOH溶液(NaOH溶液中含有添加劑NaCl，濃度為3g/L的Na0H、0.4mol/L的NaCl)中采用恒流模式電解進行微弧氧化，微弧氧化的電流密度為9A/dm2，氧化時間為lOmin，頻率600HZ，占空比20%，電解液溫度控制在20°C，即制得電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層。
[0022]實施方式三:如圖1所示，本實施方式的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法為: (O打磨去除陽極鋼爪表面的污物，采用濃度為5wt%的鹽酸、無水乙醇和去離子水
進行清洗的，然后在70°C的條件下烘干，再依次采用除油劑除油(除油劑是由質(zhì)量百分比22wt%的K0H、8wt%的Na2SO4和5wt%的Na2CO3加水調(diào)制的混合水溶液，除油過程是在除油劑煮沸的條件下保溫30min)、酸除銹(采用硫酸，硫酸除銹采用的濃度為22wt%，溫度50°C，加熱時間10 min)；
(2)將預(yù)處理后的陽極鋼爪進行熱浸鍍鋁:將預(yù)處理后的陽極鋼爪在ZnCl2溶液中助鍍，是將預(yù)處理后的陽極鋼爪在溫度為76°C、濃度為8wt%的ZnCl2溶液中浸泡5min，完畢后用清水沖洗并吹干；然后向熔化后的純鋁中加入純鋁0.3wt%的六氯乙烷除氣，再加入覆蓋劑(覆蓋劑的成分為80wt%的KClUO wt %的NaCl和10 wt %的Na3AlF6，覆蓋劑是在熔融的純鋁表面覆蓋一層即可)制得滲鋁劑，然后將助鍍后的電解鋁預(yù)焙燒陽極鋼爪放入溫度為1000°C的滲鋁劑中，保溫5小時后將陽極鋼爪拿出即可；
(3)將步驟(2)中任意一種方法處理后的陽極鋼爪在濃度為濃度為3g/L的NaOH、
0.4mol/L的NaCl溶液中采用恒流模式電解進行微弧氧化，微弧氧化的電流密度為6A/dm2，氧化時間為lOmin，頻率400HZ，占空比20%，電解液溫度控制在30°C，即制得電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層。
[0023]實施方式四:如圖1所示，本實施方式的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法為: (O打磨去除陽極鋼爪表面的污物，采用濃度為5wt%的鹽酸、無水乙醇和去離子水
進行清洗的，然后在30°C的條件下烘干，再依次采用除油劑除油(除油劑是由質(zhì)量百分比18wt%的K0H、6wt%的Na2SO4和12wt%的Na2CO3加水調(diào)制的混合水溶液，除油過程是在除油劑煮沸的條件下保溫28min)、酸除銹(采用鹽酸除銹，鹽酸除銹采用的濃度為30wt%，溫度30°C，加熱時間5 min)；
(2)將預(yù)處理后的陽極鋼爪進行熔融鹽電解滲鈦:將質(zhì)量百分比分別為50%的氯化鉀、25%的氯化鈉和45%的氯化物混合配料，然后在氬氣氣氛下、溫度為900°C的條件下，將配好的混合物料與陽極鋼爪置于電解裝置中進行滲鈦處理，隨爐冷卻至350°C，再出爐水冷，清洗，干燥；
(3)將步驟(2)中任意一種方法處理后的陽極鋼爪在濃度為50g/L的Na2SiO3溶液中采用恒流模式電解進行微弧氧化，微弧氧化的電流密度為7A/dm2，氧化時間為lOmin，頻率800HZ,占空比20%，電解液溫度控制在21°C，即制得陽極鋼爪涂層。
[0024]實施方式五: 如圖1所示，本實施方式的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法為: (O打磨去除陽極鋼爪表面的污物，采用濃度為5wt%的鹽酸、無水乙醇和去離子水
進行清洗的，然后在22°C的條件下烘干，再依次采用除油劑除油(除油劑是由質(zhì)量百分比23wt%的K0H、9wt%的Na2SO4和13wt%的Na2CO3加水調(diào)制的混合水溶液，除油過程是在除油劑煮沸的條件下保溫26min)、酸除銹(采用鹽酸除銹，鹽酸除銹采用的濃度為40wt%，溫度10°C，加熱時間20 min)；
(2)將預(yù)處理后的陽極鋼爪進行熔融鹽電解滲鈦:將質(zhì)量百分比分別為20%的氯化鉀、30%的氯化鈉和20%的氯化物混合配料，然后在氬氣氣氛下、溫度為750°C的條件下，將配好的混合物料與陽極鋼爪置于電解裝置中進行滲鈦處理，隨爐冷卻至350°C，再出爐水冷，清洗，干燥；
(3)將步驟(2)的方法處理后的陽極鋼爪在濃度為0.3mol/L的NaH2PO4溶液中采用恒流模式電解進行微弧氧化，微弧氧化的電流密度為8A/dm2，氧化時間為lOmin，頻率700HZ，占空比20%，電解液溫度控制在24°C，即制得陽極鋼爪涂層。
[0025]實施方式六:如圖1所示，本實施方式的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法為: (O打磨去除陽極鋼爪表面的污物，采用濃度為5wt%的鹽酸、無水乙醇和去離子水
進行清洗的，然后在25°C的條件下烘干，再依次采用除油劑除油(除油劑是由質(zhì)量百分比24wt%的K0H、7wt%的Na2SO4和14wt%的Na2CO3加水調(diào)制的混合水溶液，除油過程是在除油劑煮沸的條件下保溫22min)、酸除銹(采用鹽酸除銹，鹽酸除銹采用的濃度為33wt%，溫度16°C，加熱時間18 min)；
(2)將預(yù)處理后的陽極鋼爪進行熔融鹽電解滲鈦:將質(zhì)量百分比分別為30%的氯化鉀、45%的氯化鈉和35%的氯化物混合配料，然后在氬氣氣氛下、溫度為800°C的條件下，將配好的混合物料與陽極鋼爪置于電解裝置中進行滲鈦處理，隨爐冷卻至350°C，再出爐水冷，清洗，干燥；
(3)將步驟(2)中任意一種方法處理后的陽極鋼爪在濃度為0.3mol/L的NaH2PO4溶液中采用恒流模式電解進行微弧氧化，微弧氧化的電流密度為9A/dm2，氧化時間為lOmin，頻率900HZ，占空比20%，電解液溫度控制在30°C，即制得電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層。
[0026]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于具體步驟包括: (1)打磨去除陽極鋼爪表面的污物，清洗烘干，再依次采用除油劑除油、酸除銹； (2)將預(yù)處理后的陽極鋼爪進行熱浸鍍鋁或熔融鹽電解滲鈦； (3)將步驟(2)中任意一種方法處理后的陽極鋼爪在Na2SiO3溶液、NaOH溶液、NaH2PO4溶液或Na2SiO3溶液中采用恒流模式電解進行微弧氧化，即制得電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中的陽極鋼爪打磨后的是依次采用濃度為5wt%的鹽酸、無水乙醇和去離子水進行清洗的，然后在20~70°C的條件下烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中的除油劑是由質(zhì)量百分比15~25wt%的K0H、5~10wt%的Na2SO4和5~15wt%的Na2CO3加水調(diào)制的混合水溶液，除油過程是在除油劑煮沸的條件下保溫20~30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中的酸除銹是采用硫酸或鹽酸除銹，硫酸除銹采用的濃度為20~30wt%，溫度40~60°C，加熱時間10~15 min ;鹽酸除銹采用的濃度為30~40wt%，溫度10~30°C，加熱時間 5 ~20 min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)的熱浸鍍鋁的具體步驟包括:將預(yù)處理后的陽極鋼爪在ZnCl2溶液中助鍍；向熔化后的純鋁中加入純鋁0.3wt%的六氯乙烷除氣，再加入覆蓋劑制得滲鋁劑，然后將助鍍后的陽極鋼爪放入溫度為700°C~1000°C的滲鋁劑中，保溫5~7小時后將陽極鋼爪拿出即可。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述助鍍是將預(yù)處理后的陽極鋼爪在溫度為75~80°C、濃度為5~10wt%的ZnCl2溶液中浸泡5~15min,完畢后用清水沖洗并吹干。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述覆蓋劑的成分為80wt%的KClUO wt %的NaCl和10 wt %的Na3AlF6，覆蓋劑是在熔融的純鋁表面覆蓋一層即可。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)的熔融鹽電解滲鈦的具體步驟包括:將質(zhì)量百分比分別為20~50%的氯化鉀、25~45%的氯化鈉和20~45%的氯化物混合配料，然后在氬氣氣氛下、溫度為750~900°C的條件下，將配好的混合物料與陽極鋼爪置于電解裝置中進行滲鈦處理，隨爐冷卻至350°C，再出爐水冷，清洗，干燥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述Na2SiO3溶液的濃度為0.lmol/L ；NaOH溶液中含有添加劑NaCl，濃度為3g/L的NaOH、0.4mol/L 的 NaCl ；NaH2PO4 溶液的濃度為 0.3mol/L ；Na2SiO3 溶液的濃度為 50g/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁預(yù)焙陽極鋼爪涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中微弧氧化的電流密度為5~9A/dm2，氧化時間為lOmin，頻率400~900HZ，占空比20%，電解液溫度控制在20°C~30°C。
【文檔編號】C25C3/12GK103526212SQ201310471774
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】嚴(yán)繼康, 唐婉霞, 倪爾鑫, 甘國友, 周國瓊, 杜景紅, 張家敏, 劉意春, 易健宏 申請人:昆明理工大學(xué)