铝电解阳极

铝电解阳极（精选九篇）

铝电解阳极 篇1

当前, 铝以及铝合金已经遍布于我国国民经济的各个角落, 铝也因此成为了十分重要的金属元素。本文就对铝电解技术进行分析, 以此来进一步了解铝电解用炭阳极的综合性能, 并且对我国铝电解工作进行分析, 完善铝电解技术。

一、利用炭阳极来进行铝电解的技术现状分析

一般情况下, 在进行铝电解生产时是以炭素材料为阳极的, 铝液面作为阴极, 冰晶石熔体作为熔剂, 氧化铝粉作熔质, 再通过强大的直流电。当发生电解反应时, 阴极区域就会沉积出金属物质铝了。如果用化学公式表现的话就是:

在这个反应过程中, 炭素材料是阳极生产的最主要原料, 而炭素材料会随着金属铝的产生而相应地减少。值得一提的是, 铝电解指标的好坏很大程度上取决于炭阳极质量的好坏, 像电流的效率以及阳极的炭耗等都会受到炭阳极质量的影响。也正因为如此, 炭阳极在电解铝工业中是无比关键的, 其直接影响着铝电解工业的生产成本。

不仅如此, 炭阳极的质量好坏也取决于铝电解生产过程的好坏, 受到生产稳定性等因素的很大影响。然而, 利用炭阳极来开展铝电解生产也存在着一些问题, 比如炭阳极对生产环境容易造成很大的污染。像传统的预焙槽电解炼铝技术已经无法满足人们的需要了, 因此, 新的预焙槽电解炼铝技术迅速代替了这种污染严重的方法, 成为了主流的铝电解方法。

然而, 在实际生产中仍然存在着阳极污染的问题, 这也成为了我国铝工业进一步发展的重要阻碍。如何有效提升我国炭阳极的性能, 促进铝电解生产的效率的提高已经成为了我国铝工业必须要解决的问题。

二、铝电解用炭阳极过程中存在的不足以及改进方法分析

(一) 铝电解用炭阳极过程中存在的不足

通过上文我们认识到, 炭阳极对于铝电解的技术指标影响非常大。炭阳极质量的好坏不仅仅关系到整个铝电解过程的好坏, 也对电流的效率以及电能的消耗有着不可忽视的影响。

因此, 进一步改进炭阳极的质量, 提升铝电解的性能是非常重要的。而想要改进阳极质量就需要进一步采用和完善“惰性阳极技术”。传统的炭阳极属于消耗性较强的电极, 这使得其必须进行必要的周期性更换, 这往往会造成大量的炭素原材料被浪费掉、消耗掉。而且因为周期性的更换也很容易破坏电解槽电流分布以及电解槽热平衡, 而当需要建立起一个新的平衡时就会造成大量的能源浪费。

不仅如此, 当利用炭阳极进行铝电解时, 其是具有非常高的过点位的, 这也势必会造成电解槽在工作时其电压有一定的提升, 进而导致电解过程出现极大的能耗。除此之外, 在使用电阳极的过程中存在着氧化不均衡以及碳粒脱落的问题, 这往往会造成大量炭渣积存在电解质中, 从而导致电解电流大大降低其效率。

(二) 阳极改进方法分析

基于炭阳极在铝电解过程中起到的重要作用, 为了更好地促进铝电解过程的完成, 从而为我国铝工业的发展提供帮助, 进一步改进阳极是很有必要、具有很强的现实作用的。具体说来, 可以考虑以下两点:

1. 重视选择更为优化的原料

通过选择更为合适的原料来提升阳极的质量是非常直接的方法, 比如在选择原料时应考虑选择那些块大、挥发分低的釜式石油焦和优质沥青。不仅如此, 在使用阳极时还要进一步完善生产工艺, 比如进一步优化阳极的配料比等。通过这些改进来提升阳极的物理性能以及化学性能, 进而有效提升铝电解的质量。

2. 采用阳极掺杂法来提升阳极质量

在使用阳极开展铝电解的过程中, 通过添加一些物质可以有效提升阳极的质量, 比如加入锂盐。通过加入该物质, 可以有效降低阳极同空气以及二氧化碳的反应, 进而达到有效减少阳极炭耗的目的。从另一方面来讲, 其可以进一步改善阳极的化学性能, 进而使阳极的过电位得到有效降低。该种方法省去了原料单一以及工艺制度难以改变的麻烦, 能够更为简便、有效地改进阳极的质量, 因此势必成为未来的理想降耗的重要方法。

值得一提的是, 在使用添加物质的方法来实现改进阳极质量的目的时, 在改进的过程中需要注意一些问题, 只有有效避免这些问题, 才能更为有效地保证铝工业的进步。具体说, 这些问题主要有:

1) 在选择原料的时候, 一定要保证添加剂原料的来源广泛, 且价格要相对低廉, 进而有效保证生产成本。

2) 在使用添加剂的时候, 一定要保证合成添加剂的流程简单化, 过于复杂的合成流程是不利于工业生产的。

3) 在使用添加剂的时候, 一定要注意在与阳极生产工艺进行必要的结合, 只有这样, 才能够更为有效地保证控制人力以及设备机械的投入。

4) 要保证添加剂的加入不对电解产品构成污染。只有这样, 才能够让铝电解过程更为高效、更为优化。

三、结论

铝物质是人们生活中非常重要的物质, 其重要性不言而喻。进一步完善铝电解技术具有很强的现实意义。在实际应用中, 铝电解过程是通过利用炭阳极来实现的。炭阳极质量的好坏很大程度上影响着铝电解技术指标的好坏。

而想要提升铝电解技术指标就要改进阳极的质量, 通过选择更好的原料和优化生产工艺或者添加相应的物质使阳极更为质量佳, 进而促进铝生产的发展完善, 为我国铝产业的发展注入新的动力。

参考文献

[1]张忠仁.铝电解监控系统全面优化可行性分析报告[A].第二届全国延长铝电解槽使用寿命学术研讨会论文集[C].2007.

[2]于易如, 李庆义, 贾鲁宁, 李兆阳.炭阳极电解消耗与炭阳极性能相关性分析[J].2008.

铝合金的阳极氧化及电解着色工艺 篇2

铝合金阳极氧化电解着色是铝合金表面处理中重要的方法之一。将铝合金置于适当的电解液中作为阳极通电处理，表面会生成厚度为几个至几十个微米的阳极氧化膜，氧化膜的表面是多孔蜂窝状的。上世纪60年代，人们开始利用氧化膜的多孔性，将阳极氧化和电沉积技术相结合发明了电解着色技术。铝合金阳极氧化电解着色技术最初起源于欧洲，由于该工艺操作简便、工艺简单、成本低廉，广泛应用于汽车、航空、造船、机械、建筑和日常生活等多方面。我国的电解着色技术开始于上世纪80年代，一直以来都是镍盐、锡盐电解着色工艺，由于颜色单

一、着色液的稳定性和分散性差等问题一直没有得到很好解决，而且随着时代的进步，工业上对电解着色的工艺条件和应用要求越来越高，为了满足市场的需要，鑫申金属研究人员一直在做着不懈的努力。

1.1铝的性能和用途

铝(Afuminum)是自然界中分布最广，储量最多的元素之一，广泛分布于岩 石、泥土和动、植物体内，其含量约占地壳总质量的8.2%，仅次于氧和硅，比铁(约占2.1%)、镁(约占2.1%)和钛(约占0.6%)的总和还要多川。1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通人氯气后加热得到NaCI，AIC13复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。这时的铝生产工艺复杂，成本高，应用非常有限，直到1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位，它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛，不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。纯的铝很软，强度不大，有着良好的延展性，可拉成细丝和轧成箔片，大量 用于制造电线、电缆、无线电工业以及包装业。它的导电能力约为铜的三分之二，但由于其密度仅为铜的三分之一。铝的导热能力比铁大三倍，工业上常用铝制造 各种热交换器、散热材料等，家庭使用的许多炊具也由铝制成。与铁相比，它还 不易锈蚀，延长了使用寿命。铝粉具有银白色的光泽，常和其它物质混合用作涂 料，刷在铁制品的表面，保护铁制品免遭腐蚀，而且美观。在纯铝中添加Cu、Mg、Mn、Zn、Si、Ni、Ti、Cr等元素，能生产出满足各种性能和用途要求的铝合金。与其它金属相比，铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更加优良的特性，鑫申金属研发生产出来的铝密度小、仅为2.7g/L，约为铜或钢的1/3;良好的耐蚀性和耐候性;良好的塑性和加工性能;良好的导热性和导电性;良好的耐温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好;无磁性;基本无毒;有吸音性;耐酸性好;防核辐射性能好;弹性系数小;良好的力学性能;良好的铸造性能和焊接性能;良好的撞击性等。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电气电子、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用。

鑫申金属铝是电负性很强的金属，对氧原子有着很强的亲和力，铝在空气中会生成一 层薄而致密的氧化膜，这层氧化膜具有一定的保护作用，同时这层自然氧化膜对 其它任何形式的表面处理和装饰性加工都具有重大意义。随着社会经济的发展和新技术的不断涌现，铝及其合金材料应用领域不断拓展，其应用的环境变得越来越苛刻，在防腐蚀、耐磨损、耐强度以及耐高温高压等方面提出了愈来愈高 的要求。传统的铝表面处理技术己经很大程度上不能满足这些要求。因此，鑫申金属研究开发铝表面保护和表面强化技术对扩宽铝的应用领域，提高其应用价值具有重大意义。目前铝及其合金表面处理方法主要有化学转化膜处理、阳极氧化、电镀、有机涂层、激光加工技术和离子注入技术等。阳极氧化是最常见的铝表面处理方法之一，得到了广泛的应用，成为目前铝表面处理领域中最为重要的处理方法，它是利用电化学方法在铝表面形成一层转化膜。这种转化膜具有一定的硬度、耐磨性和耐蚀性，而且还具有一定装饰性，能够满足许多应用领域的技术要求。

1.6阳极氧化膜的电解着色

如前面所述，铝阳极氧化膜具有多孔性和可吸附性，是最理想的着色载体。通过着色不仅可以提高产品的装饰性和耐蚀性，同时给铝制品表面以各种功能特征，增加商业价值。目前鑫申金属已经开发出很多氧化膜着色技术，大体上可以分为化学着色和电解着色。电解着色法按其发色特点，可分为一步电解着色法、二步电解着色法和其他着色新技术等。1.6.1一步电解着色法

一步电解着色法也称为溶液着色法。是工件在特定的电解液中电解处理，直接得到有颜色的氧化膜，即氧化和着色同步完成的方法。按照着色原因不同，又可分为合金发色法和特殊电解液氧化着色。该法着色范围窄，操作工艺严格而复杂，膜层颜色受材料成分、加工方法等因素影响很大，因此在应用上受到一定限制。目前，一步电解着色法应用最广的有:草酸钦钾法、铬酸法、混酸法、卡尔考拉法、雷诺法等等。

1.6.2二步电解着色技术

二步电解着色法是以硫酸一次电解的透明阳极氧化膜为基础，在含有金属盐 的溶液中用直流或交流进行电解处理而使氧化膜着色的方法。该方法按电源波形分类，可分为直流法和交流法;按着色溶液分类，可分为单一金属盐、多种金属盐和二种着色液着色法。这种工艺的优点是操作简单、投资较小、成本低廉，存在不足是色差较大、校色和补色操作难度大，产品颜色单一。

1.6.3其它着色新技术

由于电解着色氧化膜的色彩比较单调，局很于香槟色一古铜色一黑色。20世纪80年代开始，欧洲和日本相继研究利用干涉光效应实现多色彩阳极氧化膜的目的。多色彩电解着色技术，又称为三次多色电解着色技术，其着色原理完全不同于普通电解着色，其不是依靠散射光显色，而是依靠干涉光显色，得到所谓太阳光的彩虹色系。多色彩电解着色技术是当前最先进的电解着色技。

它是在二次电解着色工艺基础上开发出的一种利用光干涉原理，达到改变被处理材料表面颜色的技术，即在电解着色处理前，增加一次磷酸阳极氧化扩孔工序,以改变氧化膜的结构和几何尺寸，达到改变光的反射路径，从而使铝表面颜色由青铜色系列调变为黄色、金黄色、橙色、红褐色等多种鲜艳色调的电解着色法。

前言

铝和铝合金具有密度小、质量轻、耐腐蚀、易加工成型等优良性能，作为型材已广泛应用于许多产业部门及人们的日常生活中，随着科学技术的进步，近年来逐步向汽车工业、宇航、海洋应用等方面拓展。改善和提高其表面特性，集装饰性和艺术性于一体，已成为铝合金型材产品发展的又一个趋势。我们运用铝及铝合金电解着色新技术、工艺，进行实际生产，结果着色均匀、色膜平滑、牢固，取得了较好效果。2工艺流程及筋方

为了获得表面装饰效果，在铝合金型材电解着色之前，必须进行表面预处理。预处理的好坏，直接影响电解着色的质量。其一般工艺流程如下: 除油~水洗一酸蚀~水洗~碱蚀~水洗~活化处理~阳极-氧化~水洗~电解着色~水洗~封闭~干燥。

2.1化学除油

化学除油是借助化学反应和物理化学作用，除去铝合金型材表面的油污，并将其表面均匀地腐蚀，以消除铝型材表面的不均匀状况溶液的组成及操作条件为:

NaOH 6一109/L

Na3PO4.12H2O 30-45g/L Na2CO3

10~12g/L 洗涤剂0.5~1.0g/L 温度25~35 C 时间 30~40s

经以上酸蚀之后的铝合金制件，必须立即用流动的温水或冷水清洗掉其表面的残液。

2.3碱蚀

碱蚀的目的是利用碱性清洗剂将铝合金制件表面的各种污物除去。其溶液的组成与工艺条件为:

NaOH10~20g/L

NS一101(碱蚀剂)20一30g/L 十二烷基硫酸钠1~2g/L

温度50一65C

时间l一3min

处理后立即用清水清洗。2.4活化处理

经前处理的制件表面必须再活化处理，以防其表面生成自然氧化膜，影响电解着色。其活化溶液配方及工艺条件为:

KMnO4

l一4g/L

H2SO4(95%一98%)

10一1g/L 温度

室温 时间

20~30s 2.5阳极氛化

为了获得一定的孔隙率和膜厚的均匀的氧化膜以便于着色，根据生产条件，本工艺选用快速阳极氧化法，其溶液稳定、操作简单、成本低。为了拓宽阳极氧化的电流密度、工作温度和降低溶液中杂质的影响，添加了缓蚀剂。其配方和工艺条件为:

H2SO4(95%一98%)160一180g/L 缓蚀剂10一12g/L 磺基水杨酸20g/L

电流密度1.0~2.0A/dm2 电压(交流)18一25V

温度15~35℃

时间15~20min

阳极氧化后的铝合金制件，需经二次水洗，要严格控制掌握水洗槽的pH值，pH值一般控制在4~5，严禁超标。

2.6电解着色(古铜色)在参考先进配方的基础上，结合生产实际选定硫酸镍、硼酸为主的电解着色溶液，其配方和工艺条件下：

NiSO4.7H2O

20一25g/L H3BO3 25一30g/L NS一201 8g/L

电压14~20V 温度

室温

时间

2~10min

该电解着色溶液添加了适量的NS一201电解着色稳定剂，使着色速度高于未添加稳定剂溶液的着色速度。这样可相应地降低Ni2+浓度，从而降低溶液的成本，同时也提高了溶液的分散能力，改善了着色的均匀性。电解着色时，随着温度的升高，离子扩散速度加快，色调加深，为使着色均匀，采用槽液循环搅拌法，在液面下进行搅拌。

铝合金制件在阳极氧化后，需经二次水洗，第一个水洗槽pH值要在2以上，第二个水洗槽pH值要在4以上。料架进入着色槽内需静溃1min，使型材凹角内气泡逸出，电压升压要缓慢，控制在205左右，开始电流密度控制在1.0一1.2A/dm2，着色时间应从最大电压达到之后开始计算。着色结束后，所得颜色与标准色板进行比较，若颜色深，重新入槽静渍退色;若颜色浅要重新入槽进行补色。

2.7封闭

较为常用的封闭工艺采用高温和常温两种方法。我们将着色后的工作放在30‘C的NS一301常温快速封闭剂水溶液中进行封闭。这种封闭剂封孔速度快，且抗50;“一污染能力强，一般其含量在12g/L时仍能正常生产。工艺流程中每一步骤，都要求用流动水清洗到铝合金型材表面不挂有水珠为佳。

2.8干燥

该工序将着色封闭后的铝合金型材放在远红外烘干室内进行烘干干燥处理，其温度控制在50一60C，且不能将未烘干的铝合金型材堆放在一起。

3、结果与讨论

3.1电解溶液中杂质的影响铝合金型材着色好坏程度，绝大部分取决于氧化膜的形成质量。因此，在硫酸阳极氧化溶液中，杂质对氧化膜的影响不容忽视。其杂质主要是铜、铁、铝等金属离子及有机杂质污染物，要及时清除掉，保持溶液的正常使用范围。

(l)铜离子会因置换作用沉积到铝合金表面上，造成氧化膜疏松，降低防蚀能力，其含量不能超过0.029/L。

(2)铁离子超过0.29/L，将出现暗色条纹成斑点。

(3)铝离子含量大于259/L时，电解液导电性能下降，铝合金型材表面出现白点或块状白斑等，造成着色困难。

(4)有机杂质会阻碍氧化膜的生成，膜吸附油污后，使着色不均匀，出现花斑。

3.2影响电解着色的主要因素

(l)若前处理除油过程进行得不彻底，会造成膜层出现明显的白花斑，给着色带来困难。

(2)电解溶液中Ni盐浓度过低时，上色速度慢，低于1g/L时，完全不上色。

(3)着色液温度对着色有很大影响，温度低于15C时，上色速度慢，过高则着色膜发雾。

(4)着色电压较低时，着色速度慢，颜色变化慢，容易产生色调不均，当电压较高时，着色速度快，着色膜易剥落。

(5)无论在阳极氧化成膜或电解着色中，都要添加以表面活性剂为主的添加剂和稳定剂，其目的在于稳定成膜速度与膜厚，抑制氧化膜的溶解和改善着色的均匀性。

4结论

(l)本工艺适用于批量铝合金型材表面的装饰着色，具有设备简单、成本低、容易操作等特点。

(2)本工艺在几个主要工序溶液中添加了以表面活性剂为主的添加剂、稳定剂，可有效地提高其工序质量。

铝阳极氧化膜电解着色的研究

研究确定了铝阳极氧化膜于镍一锡混合盐和镍一锰混合盐中电解着色的最佳配方，分析了各种因素对着色膜的影响，确定了镍一锰体系的着色工艺。实验表明，镍一锰体系所得着色膜性能优良，该工艺一旦推广应用于生产，将带来较大的经济效益

2、实验方法

鑫申金属研究人员用电解方法在铝表面上形成古铜色外观，既具有典雅、庄重的色感，又使铝的耐蚀性、耐磨性，耐候性大大地改善。因而被广泛地用于建筑、装饰行业。目前常用的铝阳极氧化膜电解着色液有镍盐、钻盐、锡盐、镍一钻盐、镍一锡盐等。镍锡盐混合液着色比起单纯的镍盐或锡盐着色，具有色差小，抗杂质干扰能力强，着色速度快，易上深色等特点。

2.1实验材料 L:工业纯铝板规格60mm火30mm火3mm 2.2实验仪器及装置

YS26E型直流稳压器、791型磁力搅拌器、TDGC一2/0.5自藕变压器、DT一830数字万用表显微硬度计。

2.2实验装置原理图

铝板阳极氧化装置及交流电解着色装置如图1和图2所示。

2.3工艺流程及工艺条件铝合金及工业纯铝表面阳极氧化及交流电解着色工艺流程如下: 试样~机械研磨~除油~冷水洗~碱腐蚀~热水洗~冷水洗~化学抛光~冷水洗~出光~冷水洗~蒸馏水洗~阳极氧化~冷水洗~蒸馏水洗~电解着色~冷水洗~封闭~吹干。主要工艺流程的溶液组成及工艺条件：电解着色在铝表面阳极氧化后进行，本试验进行镍一锡体系和镍一锰体系交流电解着色，其中镍一锡体系和镍一锰体系交流电解着色溶液组成及工艺规程分别如表2、3所示。

2.4电解着色溶液配方优选(正交试验)

电解着色溶液配方用正交试验L9（34）分别进行。其试验因素与平表如表4(1)、(2)。

2.5性能试验

耐蚀性测定采用点滴试验法.点滴用溶液成份如下: 盐酸(1.19化学纯)25mL 重铬酸钾(化学纯)3g 蒸馏水、75mL 滴定液在着色膜上渗透到基体金属表面与其相互作用，溶液颜色由橙色变为

绿色，所需时间为耐蚀时间，时间愈长.耐蚀性愈好。

3、实验结果

3.1镍一锡体系电解着色正交试验结果(略)

镍一锡体系最佳配方为A:B 尤:，即硫酸亚锡169/L，硫酸镍6g/L，硫酸按为409/L，Liu-I为39/L。

3.2镍一锰体系电解着色正交试验结果(表5)

由表(6)，(7)分析，镍一锰系最佳配方为AIB工:即硫酸镍l馆/IJ，硫酸锰为109/L，硼酸209/L，查F分布表A因素C因素影响显著，B因素影响较小。

4、结论

(1)镍一锡体系采用如下配方，获得均匀性好，耐蚀性好，显微硬度高的着色膜。硫酸亚锡16g/L硫酸镍6g/L 硫酸铵40g/ Liu一I 3g/L 温度25C 时间3min 对极石墨(或镍板)电压13V

(2)镍一锰体系着色液采用如下工艺能获得最佳效果。硫酸镍10g/L 硫酸锰10g/L 硼酸20g/L LN一I 40g/L交流电压16V 温度45℃~55℃时间5min 对极材料石墨(或镍板)

铝电解生产降低能耗途径的探索 篇3

【关键词】铝电解；电能消耗；降低

1.铝电解生产的能源

铝电解的直流电能。在铝电解生产中，其能源主要是直流电能，约占整个消耗的97%左右。但在整个世界范围内，所有发电厂输出的电能均为高压交流电，要使之变成能用于电解生产的低压直流电，必须进行变压整流。我国目前各个铝电解企业的变压整流效率大多数为96.5～97.5%之间。通过整流后的直流电，可直接送入电解槽上用于铝电解生产。

3.提高电流效率的探索

3.1 低氧化铝浓度的探索

当Al2O3浓度进入高浓度敏感区时，随着Al2O3浓度升高而槽电压升高，此时系统误认为是Al2O3浓度在降低而引起的槽电压升高，系统进行过加工，会很快造成沉淀。所以当发现浓度进入高浓度区时（一般认为超过4%）要及时进行控料调整，防止沉淀的产生。

我们在生产过程中控制Al2O3的浓度范围要达到的目的是：“既不容易发生突发效应，又不会导致沉淀产生”。在CR低于2.5时，一般认为该范围是在1.5-3.5%。我们控制的范围是1.8-3%，可以得到较高的效应受控率，且不易产生沉淀[4]。

3.2 适宜的两水平

铝液水平对电流效率的影响大致趋势是，随着铝水平的提高，有利于电流效率的提高。

需要说明的是，生产实践指出，铝液水平要和生产实际相结合。操作中铝水平也不宜过高，以防止冷行程槽子的出现，引发病槽降低电流效率。

电解质水平在铝电解生产中非常重要，有电解槽“血液”之称。在电解过程中起着溶解氧化铝、导电和保持热量的作用。保持稳定的电解质水平，可以增强槽子的热稳定性和自调节能力。

保持适当较高的电解质水平，则电解质量大，溶解的AL2O3多，可免除炉底产生大量沉淀；同时热稳定性好，可使电解槽在较低温度下稳定运行，提高电流效率。在电解质的保持上，要避免电解质水平过高或过低的情况，这两种情况对生产都有不利影响，有碍于电流效率的提高。

在工业生产上，如果电解温度升高，则槽底和槽侧的沉淀和结壳熔化，使电解液水平升高而铝液水平降低；反之，如温度降低，则沉淀和结壳增多，造成电解质水平萎缩而铝液水平上升。我们现场操作的关键是要根据电解槽状况调整、保持好电解液水平和铝液水平。只有这样才能使电解槽的槽温保持稳定，各种技术条件保持平稳，进而使电解槽保持平稳，达到平稳生产：平稳出效率，平稳创指标，平稳降成本，平稳减能耗的目的。平稳生产是我们管理所追求的目标，可以减少（避免）病槽发生，很大程度上实现节能降耗的目标。

4.降低平均电压的实践探索

4.1降低设定电压

使用电解槽阴极新型结构进行低电压生产，目前，某厂某工区某180KA阴极新型结构电解槽启动后，两周时间内，设定电压已降到3.80mv左右，炉底压降320mv左右，阳极、阴极电流分布均匀，槽况平稳，最终要降到目标值3.75mv左右。

4.2降低效应分摊电压

阳极效应虽然有分离电解质中炭渣、清洁电解质、降低电解质压降及清理炉底的优点，但是它对电解生产过程的稳定性破坏很大：

阳极效应发生前的一段时间内，电压处在较剧烈的波动状态之中，使电解质、铝液的流动变得紊乱，铝的二次反应增加大大降低电流效率。

发生阳极效应时，槽电压较高，耗费大量的电能，其中一部分转化为热能，加热了电解质和铝液，且熔化炉帮，一定程度地破坏了电解槽的正常生产状态[5]。

5.结论

降低电解槽平均电压是降低电能消耗的很好途径，但要注重抓好电解槽各部分连接压降的定期处理工作和各项操作质量，力求实现电解槽的平稳生产，才是实现铝电解槽的生产低能耗的可靠途径。

使用电解槽新型结构，实行精细化管理，采取精耕细作的作业方法，严格操作规程保持稳定的技术条件是提高电流效率、降低电解槽能量消耗的最有效途径。 [科]

【参考文献】

[1]邱竹贤编著.预焙槽炼铝（第3版）.—冶金工业出版社，2005.

[2]田应莆编著.大型预焙铝电解槽生产实践—中南工业大学出版社.

[3]青铝人编著.现代大型预焙槽生产技术—东北工业大学出版社.

[4]冯乃祥编著.铝电解—化学工业出版社，2006.

铝电解阳极 篇4

1传统效应装置的缺点

1.1装置构成及运行

传统装置组成如图1所示, 主体由马弗炉、直流电源、坩埚支架、阳极升降支架组成, 电解质由冰晶石-氧化铝组成。

实验时将调配好电解质装入坩埚中, 将坩埚及坩埚支架放入炉膛, 通电升温至1000℃, 待电解质熔化后补加电解质至液面接近坩埚边缘, 调整阳极升降装置使阳极与液面接触。缓慢调节直流电源电流至效应发生。

1.2装置存在的缺陷

1.2.1装置及实验过程不稳定

实验过程中为便于操作和观察, 炉口一直处于开启状态, 电解质熔化缓慢, 单组实验需耗时>5小时。而炉温变动易导致电解质导电性能不佳而无法产生效应。在长时间高温状态下装置极易出现故障。

1.2.2实验过程危险

实验中电解质会释放出少量HF气体, 对实验人员及场地有一定危害, 学生无法长时间观测实验。实验过程的高温 (约1000℃) 热辐射极强, 现象不易观察, 也容易造成实验人员的人身伤害。

高温下阳极与液面接触程度很难确定, 调节电流可超过20A, 为安全学生需离电解装置有一定距离, 更不易观测到现象的变化。

1.2.3实验损耗大

每次实验均要损坏坩埚及支架数套。由于高温氧化导致坩埚破裂电解质流出损坏炉膛及加热元件, 降低了设备寿命。

由上所述可知:传统效应实验装置存在着诸多缺陷, 已无法满足当前实验教学实效性和综合性的要求。

2效应装置技术改进及创新

2.1效应装置的创新

阳极效应是熔盐电解固有的一种特征现象, 以此为出发点, 改用三元低温熔盐作为电解质, 该电解质熔点约为142℃, 熔融后不易挥发且清亮透明, 容易观察阳极与电解质接触情况, 效应现象明显, 能很好满足学生的观察要求。而且电解质无腐蚀性, 可重复利用, 极大的降低了成本。

2.2效应装置的技术改进

采用小型低温熔盐电解槽, 装置如图2所示。装置主体由控制系统、坩埚支架、加热炉、升降台、直流电源组成。控温系统保持熔融状态的稳定性。采用指针、数显表及效应指示灯综合反映效应现象, 提高了实验现象的观测性。电解状态指示灯、防误调按钮及漏电保护装置可避免误操作和提高安全性。整套装置由市场易购件模块化组装而成且维护简便。

3实验效果比对

(1) 传统装置由于设备局限, 仅能靠一台设备进行演示实验, 每组人数多达8-10人。观测效果不稳定使得学生对效应现象理解模糊。而且设备突发故障导致的重复实验易使学生产生懈怠和抵触情绪。在设备正常运行情况下, 每组阳极效应实验平均耗时8-10小时, 实验效率低且效果差。

(2) 采用新装置后, 操作简化使学生可全程独立操作, 在实验流程上锻练了学生理论联系实际的能力。教师可节约出维护设备运行所占时间, 给予学生更多的实验讲解和指导时间, 加深学生对实验现象的理解。按国家规定的设备台套数要求, 每组人数减至1-2人, 每组实验时间缩短至0.5-1小时, 提高了实验效率及效果, 由演示性实验转变为综合性实验。

(3) 经过两年的实践教学, 新效应装置在可靠性、运行效率及实验效果上表现良好, 为实验教学的有效进行提供了极大助力。

(通信作者:徐本军)

摘要：在铝电解教学实验过程中需要人为产生阳极效应, 加深学生对该现象的理解。针对传统效应发生装置的不足进行了改进及创新, 实验由教师演示操作转变为学生自主动手操作, 提高了实验效率和效果。

关键词：铝电解,阳极效应,技术改进,创新

参考文献

铝电解阳极 篇5

铝电解生产中, 阳极炭块在电解反应中消耗以置换出金属铝, 是电解铝工业中的主要耗材之一。阳极炭块以石油焦为原料, 经过高温煅烧、混捏、成型、焙烧等工序, 得到焙烧阳极。在焙烧过程中, 为了避免阳极块的氧化变形, 在阳极炭块周围铺设大量炭粒进行保护。焙烧完成后, 在阳极炭块表面和用于安装导电钢爪的炭碗中会由大量的炭粒与炭块烧结到一起, 并且具有一定的烧结强度, 需要经过仔细清理后才能送往阳极组装车间进行组装[1]。炭块上炭碗的清理主要依靠人工方式完成。人工清理时, 工人先用特制钢铲铲掉炭碗内粘接物, 然后用压缩空气吹出, 车间内粉尘弥漫, 工人劳动强度大, 工作环境恶劣, 带来严重健康风险问题。在某些电解铝厂具体生产中, 由于炭块原料配比等原因, 焙烧后炭块粘接的炭粒硬度较高, 人工清理有时也要清理多次才能符合使用要求。

阳极炭块炭碗清理过程的机械化与自动化, 不仅能够提高生产效率, 还能改善工作环境, 使工人远离粉尘威胁, 保障安全生产。目前常见的炭块清理设备一般为刮板机[2], 只能刮去炭块表面烧结的炭粒, 炭碗内的炭粒无法清除。关于炭碗清理设备的报道很少, 所提出方案也不能实现炭碗完全清理, 后续仍需要进行人工清理[3]。对于炭碗内炭粒粘接硬度较高的情况, 需要设计合适的刀具将其切削去除。炭碗清理的基本要求是不破坏已焙烧成型的炭块原有结构, 由于炭碗内存在特殊设计的螺旋槽和凸台等结构, 常规的加工方式很难一次完成清理。

一般的清理加工中, 如去毛刺、打磨等, 为了不破坏工件已加工好的结构, 通常需要采取措施确定刀具对刀位置、完成对刀、切削力控制等任务[4]。实现炭碗的自动清理, 需要首先确定炭碗中心位置, 将刀具与炭碗对准, 在切削过程中要通过力觉反馈控制接触力以保护炭碗原有结构。对于不同厂家的炭块, 炭碗的结构形式和布局也会有所不同, 随着工艺的发展还可能会发生变化[5], 即使对于同一种炭块, 由于阳极炭块通常的设计精度要求不高, 炭碗位置也可能差别较大, 给自动定位带来困难。在这种情况下, 采用视觉定位方法来确定炭碗位置是一种不错的选择。本文介绍了自主研制的铝电解阳极炭块炭碗清理系统, 该设备针对炭碗结构设计了专门的仿形刀具, 结合视觉定位技术和力反馈控制技术, 实现阳极炭碗的全自动清理, 解决了炭碗自动对准和切削过程的力柔顺控制等关键技术问题。

1 炭碗清理系统方案

图1是一种阳极炭块, 其表面有四个带螺旋槽的盲孔, 俗称炭碗。焙烧完成后, 炭块表面和炭碗内都粘接了不少炭粒, 多数炭碗被粘结的炭粒填满约2/3, 如图1 (a) 所示。图1 (b) 为炭碗的设计尺寸图。炭碗直径190mm, 底部中心有圆锥凸台。炭碗内壁沿圆形方向平均分布着6个螺旋角为15°的螺旋斜槽, 如图1 (c) 所示。阳极组装时, 直径比炭碗孔径略小的导电杆插入炭碗, 然后浇铸磷生铁将其与炭块连接, 斜槽起着锁扣阳极炭块的作用, 保证炭块不从导电杆上脱落, 同时还影响从炭碗流入炭块的电流, 因此斜槽结构通常是经过特殊设计的[6], 在清理过程中必须保证其结构不受损伤。

所研制的炭碗自动清理系统主要完成以下任务:

1) 清理系统安装于阳极炭块生产线上, 当炭块经过时进行夹紧定位;

2) 自动识别四个炭碗中心位置及其上六个螺旋斜槽方位;

3) 在不破坏炭碗固有结构的基础上, 将炭碗内部及斜槽里粘结炭粒一次性清除。

图2是针对上述任务所设计的炭碗自动清理系统, 整个系统主要包括以下五个部分。

1) 直角坐标机器人系统。其末端携带炭碗清理刀具进行精确定位, 并控制切削刀具的运动。

2) 炭碗清理刀具系统。根据炭碗内螺旋槽和凸台结构设计的专用仿形清理刀具及其力柔顺控制系统。

3) 视觉定位系统。通过图像识别自动获取炭碗中心坐标和斜槽方位角数据。

4) 炭块定位夹紧装置。控制炭块输送滚道的启停和炭块进入清理工位后的夹紧。

5) 负压除尘装置。利用生产线负压回收系统吸走清理过程产生的细小炭粒和粉尘。

为使炭块清理系统与现有阳极生产线无缝结合, 采用龙门结构将运动单元支撑起来, 架装于炭块生产线上, 利用现有炭块输送滚道, 将炭块送入清理设备下方进行清理, 完成后滚道继续运转输送成品至库存区。直角坐标机器人的运动单元由五根导轨和伺服电机构成, 在水平面上根据炭块走向定义了X和Y方向, X向与送入炭块的滚道同向, Y方向与滚道垂直, Z轴沿垂直方向。机器人结构原理和建立坐标系如图3所示。安装时应保证直角坐标机器人的X、Y向运动的导轨保持水平。除去误差因素, 待清理炭块上表面与机器人运动坐标系的X-Y平面保持平行。三坐标机器人选用德国THOMSON直线运动单元构造, 定位精度0.01mm, 可实现高精度位置控制。

实现炭碗中心定位首先要识别和计算出四个炭碗中心在X-Y平面上的坐标。当炭块进入设备下方清理工位后, 滚道电机停止运行, 定位夹紧装置把炭块夹紧等待清理。视觉定位系统此时通过图像识别获取炭碗圆心和斜槽入口的方位角度, 然后由直角坐标机器人携带刀具定位至炭碗中心并插入炭碗完成清理加工, 刀具上方的负压除尘罩将清理产生的炭粉扬尘收集至工厂除尘回收系统。

2 视觉定位系统

视觉定位系统组成框图如图4所示, 主要包括适用于低照度环境的高分辨率工业CCD摄像头, 图像采集卡、工控机以及自主研发的图像识别软件。当炭块进入设备并夹紧定位后, 摄像头对炭块上各炭碗依次拍照, 通过对图像数据进行处理, 利用边缘识别算法得到炭碗和斜槽的边缘轮廓, 从而获取炭碗在图像中的相对坐标, 经过坐标转化, 就可以得到炭碗中心及螺旋斜槽入口在直角坐标机器人运动坐标系中的坐标值和斜槽方位角。由于在清理过程中, 摄像头被安装在刀具上方的集尘罩遮住, 而且在清理时粉尘严重, 难以获得清晰图像, 因此利用视觉系统进行定位操作时为开环控制, 伺服运动系统根据图像识别软件获取的坐标将刀具运动至炭碗中心并使斜槽刀与炭碗斜槽方位一致, 此时只能依靠力觉反馈判断刀具是否能够对准并进入炭碗。

图5是炭碗位置识别软件界面, 识别完成后, 图中标示出由炭碗轮廓拟合出的圆形边缘, 圆心以及斜槽位置, 从图中可以看到所识别出的圆心和斜槽位置与照片中实际位置吻合, 识别效果良好。由于车间现场光照条件复杂, 识别精度受环境光影响较大, 很难实现全部正确识别。在图像识别过程中, 根据现场试验数据经验, 通过缩小边缘识别的搜索范围并优化算法, 最终使视觉定位的识别精度优于1mm。

3 力柔顺控制的专用清理刀具系统

3.1 刀具设计

为完成对炭碗内壁、底部和螺旋槽的同时加工, 刀具部分特别设计了能够同轴旋转的双轴结构, 如图6所示。两旋转轴分别装有专用刀具, 内层的主加工轴安装了专门设计的仿形铣刀, 可以避开炭碗底部的圆锥凸台, 主要采用铣削的方式去除炭碗内壁和底部烧结的炭粒。主铣刀圆周间隔60°安装了6把可与铣刀同轴旋转的螺旋槽刮刀, 由于炭碗的螺旋斜槽同样间隔60°分布, 因此只需对准一个斜槽口, 所有刮刀便都能进入斜槽进行清理。

清理刀具安装在三坐标机器人的Z轴末端, Z轴垂直下降带动刀具进入炭碗进行清理加工。刀具在进入炭碗进行铣削加工时, 随着刀具的下降, 斜槽刮刀能够在深入螺旋斜槽的同时随动旋转, 对烧结的炭粒进行刮削。为了不破坏炭碗原有结构, 需要对切削时的接触力进行控制, 刀具和Z轴连接部分通过一组力传感器组成3维力测量装置。斜槽刀转轴上安装扭力传感器获取扭矩反馈, 使斜槽刀在插入过程中能够顺应炭碗内螺旋斜槽转动。

炭碗自动清理系统的控制系统需要实现位置控制和力控制, 并能够与视觉系统通讯协调以获取炭碗定位信息。共需要对5台伺服电机进行控制。控制系统采用了Modicon M340系列高性能PLC, 伺服运动系统采用了施耐德公司的BSH系列伺服电机及LXM05A伺服驱动器, 该系列驱动器与PLC均支持CANopen运动总线, 通过配置PLC的CAN通讯接口, 在实现与多台伺服驱动器进行通信的同时, 可大幅度简化硬件结构。利用施耐德PLC编程和组态软件提供的功能齐备的CAN通讯调用功能块, 可以方便的实现运动和力控制算法。

3.2 刀具对准与插入的力反馈控制策略

依靠视觉定位系统, 伺服运动系统将刀具中心直接送至图像识别获得的炭碗中心坐标位置, 并将斜槽刀方位旋转至与计算角度一致, 准备进入炭碗进行清理。但图像识别运算精度受到多方面因素限制, 如光照的亮度过低、光照不均匀以及炭碗本身形状不规则等。由于CCD摄像头的位置固定, 刀具对准插入时存在遮挡, 无法采用视觉反馈进行定位, 而刀具精确插入炭碗需要更高精度要求的作业系统。因此需要采用力觉反馈系统对接触力进行控制, 在炭碗清理开始前实现自动对准和插入。

当视觉识别结果误差较小时, 清理刀具可直接插入炭碗并开始清理, 此时清理效率最高。当视觉识别的结果误差较大时, 刀具无法进入炭碗, 位于外圈的斜槽刀将与炭碗边沿接触, 如图7所示。此时必须利用力反馈进行炭碗中心的二次搜索。该系统安装的力传感器组合主要测量Z向接触力变化, 同时根据传感器之间压力差可判断斜槽刀被炭碗边沿阻挡的情况, 从而确定下一步沿X或Y向进行调整。根据刀具插入过程特点, 力反馈控制策略可分为高度测量、炭碗中心搜索和插入清理三个阶段。

1) 高度测量。刀具进入炭碗的判断准则是刀具是否低于炭块上表面, 因此需要对炭块高度进行测量, 获得炭块高度在运动坐标系Z轴方向上的坐标值。高度测量时, 使刀具偏离图像识别获取的炭碗中心坐标200mm, 然后沿Z向垂直下降, 刀具与炭块上表面接触后, 在力学状态上就是Z向力迅速上升。设定判断刀具发生接触的力限制值为Fzt, 则当接触力Fz满足以下条件时, Z轴运动停止, 将此时刀具的Z向坐标作为炭块高度坐标值h0。

2) 炭碗中心搜索。利用刀具测量高度后, 刀具沿Z轴方向退回距离l1, 保证刀具沿X, Y向运动时与炭块表面无接触。然后刀具移动至图像识别所得炭碗中心坐标, Z轴下降开始尝试插入炭碗, 此时斜槽刀不发生转动, 当刀具与炭块接触后, 符合式 (1) 条件时Z轴停止下降。若刀具的Z轴坐标ht满足式 (2) 条件, 则说明刀具已进入炭碗深度a以上, 视觉识别获得的坐标可用。若不满足 (2) 则刀具重新退回l1, 开始炭碗中心搜索。当刀具与炭块接触时, 力传感器组可以获得Z向接触力。由于接触时刀具的斜槽刀刃可能部分悬空, Z轴导轨将承受弯矩, 根据弯矩方向可以判断下一步坐标调整方向。例如在图7情形中, Z轴导轨承受的弯矩可分解为绕X轴和Y轴的弯矩, 方向分别如图中标示, 则中心坐标应沿X和Y正方向移动一步。取调整步长为0.4mm, 以图像识别的坐标点为中心建立如图7中的搜索网格, 网格中各个交点即为设定的搜索试点。刀具每调整一步后, 重复尝试插入操作, 直至式 (2) 的条件满足, 表明刀具已经插入炭碗中, 则完成中心搜索, 准备开始清理。

3) 插入清理阶段。判断刀具能够进入炭碗后, 切削刀具开始旋转, 进入炭碗进行清理。清理的主要动作为主铣刀的切削, 炭碗内部粘结的炭粒烧结成块, 具有一定的硬度, 因此需要有一定的切削力Fcut, 同时需对Fcut进行限制, 使其不足以切坏炭碗本体结构。开始切削后, 斜槽刀必须顺应炭碗螺旋槽转动, 才能使清理刀具进给至炭碗底部, 斜槽刀受到的扭力T应尽量小, 理论上斜槽刀扭矩的控制目标为0。刀具进给过程中顺利插入炭碗的条件为:

其中e为扭矩开始调节的阈值, 当扭矩大于e时才开始调节。由于螺旋槽侧壁能够承受一定范围的接触力, 设置调节死区可防止调节过于频繁而导致不稳定。斜槽刀的扭矩反馈控制模型如图8所示, 位置控制为内环, 力控制为外环。当切削过程中切削力Fz>Fcut时, !轴进给速度将自动下降直至停止。由于炭碗内炭粒粘结情况不确定, 斜槽刀工作环境较为复杂, 可能出现力突变的情况, 设置扭矩限制Tlmt, 当T>Tlmt时, Z轴进给速度自动下降或停止以防止扭矩调节不及时导致传感器或机械结构损坏。

4 刀具插入和清理过程测试

某铝厂的阳极炭块沥青配比较高, 炭块硬度和粘结炭粒的硬度均较高, 若炭碗清理系统能够完成清理该类型炭块, 则能够胜任大多数炭块的炭碗清理工作。结合切削试验中的切削力测量情况, 首先确定力限制值Fzt=150N和Fcut=300N, 设定斜槽刀扭矩保护值Tlmt=20Nm。表1为某次清理前进行炭碗中心搜索时的传感器数据, 对应的搜索路径如图9所示。经过4次搜索后, h0-ht=8.1mm, 表明已经刀具已经全部探入炭碗, 则停止搜索, 开始清理。图10为斜槽刀轴所承受的扭矩在一次清理过程中, 随进给深度变化的监测值。扭矩随刀具进给顺利完成自动调节, 其变化范围限制在-0.5~0.5Nm之间, 此时斜槽刀与螺旋槽的接触力不会破坏槽壁结构。炭碗清理加工后的效果如图11所示, 清理效果比人工清理的更好。

5 结束语

本文介绍了一种用于铝电解阳极炭块的炭碗清理系统, 首次实现了阳极炭碗的自动清理。该系统设计专用的炭碗仿形清理刀具对炭碗内烧结的炭粒进行铣削和刮削加工。采用工业CCD和图像采集处理系统对炭碗中心坐标和斜槽方位角自动识别, 为刀具对准提供坐标值。基于三坐标机器人的刀具运动系统能够实现高精度定位, 并且刀具对准和插入过程利用力反馈实现了炭碗中心的精确搜索和斜槽刀的力柔顺控制, 保证在清理过程中不会损伤炭碗的原有结构。与国内铝行业通常采用的人工清理方法相比, 清理效率大幅提高, 清理效果好, 同时能够改善阳极车间粉尘污染严重的现状, 降低工人面临的健康风险。该系统适应性强, 针对炭块结构尺寸和类型多样的情况, 只需修改刀具形状设计和控制软件即可投入使用, 在铝电解行业中应用推广潜力巨大。

参考文献

[1]王军.焙烧炭块清理过程的污染及治理[J].甘肃科技, 2007, 23 (2) :99-101.

[2]潘昌勇.一种新型炭块解组清理机组的方案设计[J].机械工程师, 2011, (3) :38-40.

[3]周艳芳.铝电解阳极炭块表面自动清理系统的开发[J].云南冶金, 2013, 42 (1) :77-79.

[4]王宪伦, 王勇, 薛云娜.机器人切除毛刺技术的进展[J].航空制造技术, 2007, (4) :96-99.

[5]李贺松, 曹曦, 田应甫.低能耗下铝电解槽阳极结构的优化[J].中国有色金属学报, 2012, 22 (10) :2960-2969.

车门外铝饰条的阳极氧化工艺 篇6

关键词：阳极氧化,车门铝饰条,腐蚀,裂纹

铝合金具有密度小、易于成型和耐腐蚀等特点,广泛用于一汽-大众各种车型的车门外铝饰条。铝合金可以在空气中形成天然Al2O3保护膜,但致密性差,因此抗腐蚀能力、硬度和耐磨性均不佳。为此,需要对铝合金进行适当阳极氧化[1]处理,以增强其防腐蚀能力和耐磨性。

1 铝合金阳极氧化膜的结构

铝合金阳极氧化是包括一系列化学反应、电化学反应和物理化学反应的复杂过程,而且这些过程又相互影响。Sehog和Migata认为铝合金阳极氧化膜(图1)由2层组成:与铝合金紧密结合的是薄而致密的Al2O3阻挡层,该层外面是垂直于铝合金表面生长的Al2O3多孔层,阻挡层的厚度大约只有膜层总厚度的0.5%~2%[2]。

2 车门外铝饰条的加工工艺

车门外铝饰条(图2)通常是由亮条、骨架和橡胶堵盖几部分组装而成。其中亮条的生产包括铝型材挤出、机械加工、时效、抛光和阳极氧化等工艺过程。图3为一汽-大众某车型车门外铝饰条的生产工艺流程。

阳极氧化工艺流程主要包括脱脂、电抛光、出光、阳极氧化和后处理(封闭或喷涂无机粉末)等几道工序。由于多孔性阳极氧化膜容易吸收水分和腐蚀性介质,进而削弱阳极氧化膜对铝基体的保护作用,因此阳极氧化后需要对氧化膜进行后处理。车门外铝饰条阳极氧化的后处理工艺主要有封闭法和无机喷涂法。封闭法是对多孔性阳极氧化膜进行常温镍封和高温水合封闭处理;无机喷涂法是在多孔性阳极氧化膜表面喷涂无机粉末(主要成分是Si O2)。图4是进行封闭处理的铝饰条剖面结构,图5是喷涂无机粉末的铝饰条剖面结构。

3 氧化封闭工艺铝饰条的常见缺陷

3.1 腐蚀问题

铝饰条经阳极氧化和封闭处理后,耐腐蚀性能大大提高。但在腐蚀性很强的环境中,侵蚀性阴离子(如Cl-、O2-)及水分子等仍能透过氧化膜并造成小孔腐蚀或其他类型的腐蚀。

经阳极氧化+封闭处理的铝饰条主要会发生3种形式的腐蚀:外力刮擦腐蚀、Na Cl环境腐蚀和碱溶液腐蚀。宏观上,被腐蚀的铝饰条表面会出现划痕或者白色印记,影响了铝饰条的装饰性和美观性;微观上,腐蚀的发生破坏了氧化膜的微观结构,削弱了氧化膜对铝基体的保护。

3.1.1 外力刮擦腐蚀

铝饰条在使用过程中受到外力刮擦时,阳极氧化膜容易被破坏,从而削弱了对铝基体的保护作用。图6为被刮擦、腐蚀的铝饰条,宏观腐蚀痕迹呈平直态;微观形貌可以观察到明显的刮擦痕迹,并且腐蚀是沿刮擦痕迹发生扩展(图7)。

3.1.2 Na Cl 环境腐蚀

根据Gouy-Chapman分散层理论,在中性溶液中Cl-离子容易在膜孔中吸附,通过多孔层后与阻挡层的氧化膜发生作用,使氧化膜发生点蚀 [3]。图8为经过480 h中性盐雾试验后的铝饰条,图9为铝饰条经中性盐雾后发生点蚀的显微图片。

3.1.3 碱溶液腐蚀

铝饰条阳极氧化膜的主要成分Al2O3为两性氧化物,在强碱性环境中,会与OH-发生化学反应,反应方程式如下。

图10和图11分别为铝饰条与强碱反应后的宏观形貌和微观形貌。从中看到,铝饰条与强碱反应后形成宏观白色印记;从微观形貌观察,碱腐蚀区域的颜色与正常区域颜色相比发生了变化。

图12为封闭铝饰条和无机喷涂铝饰条耐碱性的对比结果(p H=13.5,t=10 min)。从图中看出,封闭法铝饰条生成白色印记,无机喷涂法铝饰条表面没有变化。这是因为无机喷涂铝饰条表面有Si O2无机粉末保护层,性质稳定,不与碱性溶液发生反应。

3.2 裂纹问题

美国亚利桑那试验场大气曝晒试验和批量耐热性检验(100℃,1 h)均发现封闭铝饰条存在裂纹问题,裂纹宏观形态如图13所示,剖面显微形貌如图14所示。两种情况的裂纹形态一致。宏观上,铝饰条表面产生的裂纹影响了装饰性和美观性;微观上,裂纹贯穿阳极氧化膜,削弱了氧化膜对铝基体的保护。

阳极氧化膜在日光曝晒下产生裂纹机理如下。

a.在封闭效果较好的情况下,常温封孔的主要反应产物(镍的沉淀物)、阳极氧化膜和铝合金基材三者的热膨胀系数不一致,在日光照射下,氧化膜容易受热破裂。

b.含有水分的封闭填充物在日光照射下容易脱水涨破膜孔。

封闭质量越好,膜越厚,越容易产生裂纹。因此,在满足氧化膜厚度(5~10μm)要求的前提下,适当控制氧化膜的厚度可以降低氧化膜的破裂倾向[4]。对某车型氧化膜厚度区间为5~10μm的封闭法车门外铝饰条进行耐热性检验(耐热性技术要求为100℃、1 h),结果表明,厚度为8~10μm的氧化膜存在开裂现象,厚度为5~7μm的氧化膜耐热性良好,没有发现裂纹产生。另外又对厚度为5~7μm的铝饰条进行防腐性能检验(中性盐雾试验和耐碱性试验),均符合标准要求。

无机喷涂法铝饰条是在多孔性氧化膜表面干法喷涂Si O2粉末,避免了受热后封闭填充物由于脱水涨破膜孔。因此对于相同厚度的铝饰条,无机喷涂法的耐热性能优于封闭法,无机喷涂法铝饰条的耐热性技术要求为160℃、24 h不出现裂纹。

4 结论

a.阳极氧化处理可以改善车门外铝饰条的耐腐蚀性和耐磨性。

b.封闭法铝饰条在大气曝晒和批量耐热性检验中容易出现裂纹缺陷,在满足耐腐蚀性检验的前提下,适当降低氧化膜厚度可以降低氧化膜的开裂风险。

c.无机喷涂法铝饰条较封闭法铝饰条有较好的耐热性和较强的耐碱性。由于无机喷涂法是一种新型的处理工艺,腐蚀形式有待于进一步研究。

参考文献

[1]崔昌军,彭乔.铝及铝合金的阳极氧化研究综述[J],全面腐蚀控制,Vol.16,2002(6):12.

[2]朱绪飞.多空阳极氧化铝形成机理的研究[D].南京:南京理工大学材料学专业,2007.

[3]赵鹏辉.阳极氧化膜腐蚀行为的研究[D].北京:北京化工大学材料学专业,2001.

直流电阳极铝氧化膜制备的工艺条件 篇7

基于质量轻, 耐腐蚀, 高导电、导热性能, 可焊接性、加工性能好等优点, 铝及其合金在机械、化工、电子、日常生活等各个领域均获得了广泛的应用, 但硬度及耐磨性较差等缺点始终成为铝及其合金应用的蔽障。针对此问题, 许多学者进行了研究[1,2,3,4,5], 研究表明表面性能优异的化学转化膜可以对铝及其合金起到很好的保护效果。在铝表面的各种转化膜中, 阳极氧化膜是目前研究最深入、应用最广泛的表面处理技术。本文以工业纯铝L2为实验试样, 对其表面进行直流电阳极氧化, 并通过氧化膜厚度、膜硬度性能测试以及SEM和EDS分析确定铝合金直流电阳极氧化膜的的制备条件, 对氧化膜着色的后续研究具有指导意义。

1 实验部分

1.1实验试样、主要实验试剂、仪器及设备

实验试样为工业纯铝L2。试样面积3 cm×5 cm, 厚度1 mm, 化学成分 (以质量百分含量计) 为Fe≤0.35%、Si≤0.25%、Cu≤0.05%、Mn≤0.03%、Al≥99.60%。主要实验试剂为浓硫酸 (95%—98%) 、氧化铝, 均为分析纯试剂。

主要实验仪器及设备为IM6E型电化学工作站、401MVD型显微维氏硬度计、SSX—500扫描电子显微镜。

1.2 直流电阳极氧化膜的制备

1.2.1 表面预处理

将铝试样用30 g/L氢氧化钠、10 g/L碳酸钠、 (0.002～0.003) g/L十二烷基磺酸钠的碱洗混合溶液在 (50～60) ℃条件下碱洗 (1～3) min。再用500 mL/L浓硝酸在室温条件下酸洗 (3～5) min。

1.2.2 阳极氧化

强力搅拌条件下, 向装有一定工作容积的蒸馏水电解槽中缓慢加入硫酸和氧化铝溶液, 后冷却槽液至工艺规范的温度。阳极氧化条件为铝阴极、铝片试样阳极、阴阳极面积比9、极距3 cm、温度 (20±1) ℃、H2SO4 200 g/L、Al2O3 1 g/L。为考察试样在硫酸溶液中直流电氧化时, 氧化时间、电压对膜层性能的影响, 分别进行如下实验: (i) 固定阳极氧化电压为10 V, 氧化时间在 (10～60) min范围内变化, 考察阳极氧化时间对膜厚、膜硬度的影响。 (ii) 固定阳极氧化时间50 min, 氧化电压在 (8～18) V范围内变化, 考察开孔及封孔两种状态下阳极氧化电压对膜厚、膜硬度的影响。

2 直流电阳极氧化膜性能测试与表征

2.1 直流电阳极氧化膜性能测试

(1) 取0.1mg试样浸至100 ℃磷铬酸溶液中10 min, 经蒸馏水洗涤、干燥后称重。反复酸浸及称重至重量不再发生变化为止, 通过计算得出试样单位面积膜质量, 进而得出氧化膜膜层近似厚度。

(2) 采用401MVD型显微硬度计以适当的压入速度施加0.5kg载荷于待测氧化膜层, (10～15) s后卸除试验力, 测量压痕对角线长度, 经计算获得维氏显微硬度值。

2.2 阳极氧化膜SEM及EDS测试

采用日本岛津公司生产的SSX—550型扫描电镜仪, 测试条件为:钨丝灯, 分辨率3.5 nm, 加速电压15 kV, 放大倍数3 000 X。样品测试前进行镀金处理。通过SEM测试可以对氧化膜与试样基体结合处形貌进行观察, 通过EDS测试可以对氧化膜微区成分进行分析。

3 测试结果分析与讨论

3.1 直流阳极氧化时间对膜层性能的影响

图1、图2分别为直流电阳极氧化时间与氧化膜厚度和膜层硬度的关系曲线图。由图1可见, 一定时间范围内, 随氧化时间的延长, 膜厚度增加很快, 氧化时间>50 min后, 膜厚度几乎不再增长。氧化前, 实验用工业纯铝L2基体的显微硬度约46.5 HV。由图2可以看出, 经阳极氧化的试样表面显微硬度极度提高, 但随氧化时间的增加, 尤其是氧化时间20 min后, 膜硬度迅速下降。其原因是 (i) 氧化膜分为阻挡层和多孔层, 阻挡层硬度很高, 而多孔膜层硬度较低。在氧化初期, 阻挡层硬度对膜层的硬度影响占优势, 随着氧化时间的延长, 多孔层增厚, 阻挡层的影响减小, 从而导致表面的显微硬度降低。 (ii) 在氧化膜的生长过程中, 成膜反应和溶膜反应同时进行。当成膜速度大于溶膜速度时, 一定时间内膜层厚度不断增加, 随着氧化膜膜层向基体不断延伸的同时, 多孔层的孔壁逐渐变薄, 孔径逐渐增大, 导致显微硬度随氧化时间的增加呈下降趋势。值得注意的是, 封孔后, 随氧化时间的延长, 氧化膜的硬度下降趋势减缓。由实验结果来看, 氧化时间为40 min, 能同时获得相对较好的膜厚度和膜硬度。

3.2 直流阳极氧化电压对膜层性能的影响

图3、图4分别为直流电阳极氧化电压与氧化膜厚度和膜层硬度的关系曲线图。由图可见, 氧化膜厚度随着氧化电压的升高几乎呈线性增加。这是因为一定电压范围内, 氧化电压越大, 氧化膜的阻挡层越厚, 而多孔层的产生和增长是建立在阻挡层不断向铝基体延伸的基础上的, 阻挡层越厚, 则产生的多孔层越厚。膜层表面显微硬度亦随氧化电压的增加而增加。这是因为提高氧化电压, 氧化膜的生长速度加快, 成膜时间缩短。膜层发生化学溶解的时间减少, 其厚度和硬度相应提高。值得注意的是氧化电压超过10 V后, 膜硬度增长趋势相对减缓。

3.3 SEM和EDS分析结果

图5为试样直流电阳极氧化40 min后的试样横截面SEM照片。图中左为铝基体, 右为氧化膜。由图可以看出实验条件下生成的氧化膜均匀, 且与基体之间结合紧密。图6为直流电阳极氧化膜的EDS谱图。氧化膜微区元素成分按质量百分含量计分别为O41.396%、Al49.508%、S9.096%, 按原子数百分含量计分别为O54.981%、Al 38.990%、S 6.029%。图6清晰可见O、Al和Au的特征峰, 其中Au特征峰的出现是由于样品镀金预处理中被引入的。通过对微区元素分析可以得知阳极氧化膜主要为氧和铝元素, 二者质量百分含量之和为90.094%。除此之外, 质量百分含量为9%左右的硫元素, 推测是由于电场中SO42-离子更易吸附于氧化物表面并进入到膜层内部造成的。由此可见, SEM和EDS分析结果均表明实验条件下, 试样表面生成了较好的氧化膜。

4 结论

通过对试样工业纯铝L2在硫酸氧化液中的直流电阳极氧化所生成的氧化膜在膜厚度、硬度性能以及SEM和EDS分析研究表明, 电解液成分H2SO4浓度为200 g/L, 直流氧化电压为10 V, 氧化时间为40 min, 温度为 (20±1) ℃的条件下, 可以获得均匀、与试样基体结合紧密、膜硬度相对较高的的氧化膜。

参考文献

[1]朱祖芳.铝合金阳极氧化工艺技术应用进展.北京:冶金工业出版社, 2007:27—28

[2]Tsangaraki-Kaplanoglou I, Theohari S, Dimogerontakis T, et al.An investigation of electrolytic coloring process of anodized aluminum coatings.Surface and Coatings Technology, 2006;201 (6) :2749—2759

[3]赵景茂, 谷丰, 赵旭辉, 等.铝阳极氧化膜的半导体特性.物理化学学报, 2008;24 (1) :147—148

[4]韦春才, 李和太.铝电解电容器阳极氧化膜特性研究.沈阳工业大学学报, 2001;23 (5) :417—418

铝电解阳极 篇8

阳极键合(anodic bonding)技术是一种在电和热的共同作用下连接异种材料(如金属材料与无机材料)间的手段,该技术在微电子键合封装技术之中有着重要地位。自1969年由Pomerantz[1,2]首次发现阳极键合以来,对阳极键合研究的报道主要集中于玻璃与金属、硅等的键合过程分析[3,4]与性能模拟,但对于多层晶片直接键合技术、键合机理的深入研究报道较少。本文对玻璃/铝多层结构进行了阳极键合试验,用扫描电镜和EDS分析键合界面处的微观形貌特征及该处所含元素分布状况,在此基础上对玻璃/铝多层结构直接阳极键合可以实现的机理进行分析。

1 试验材料与过程

试验材料为Al和Pyrex玻璃,分别将Al切割成15 mm ×15 mm ×0.02 mm,Pyrex玻璃切割成15mm×15mm×0.5mm,两者厚度不同是为了避免不同材料膨胀系数对界面形成的破坏。

在进行阳极键合试验之前,首先是对待键合的界面处进行预处理,即在抛光机上抛光处理,其目的是为了降低接触面的表面粗糙度;接着是对键合界面进行清洗,用分析纯丙酮清洗5min,最后用分析纯无水乙醇清洗并吹干界面,以降低键合界面处其他因素的影响;然后将玻璃/铝/玻璃3层键合试样叠合放置在阳极键合试验炉中进行晶片间的共阳极键合试验,两侧的玻璃接负极,铝箔作为公共阳极接正极,如图1 所示。根据阳极键合的反应情况[5],确立进行阳极键合的工艺参数:键合温度为400 ℃~600 ℃,直流电压为400V~600V,辅助压力为0.5MPa~1MPa,键合反应时间为5min~10min。控制升温速度为10 ℃/min,升到预定温度后,接通直流电源,保持规定时间后断开,然后试样随炉冷却,冷却速度平均为3 ℃/min。

2 结果与分析

2.1 键合界面的微观组织结构分析

图2为玻璃-铝多层阳极键合试样的SEM图和EDS曲线。从图2 中我们可以清晰地看到键合处没有明显的裂纹源,键合界面处有一定厚度的过渡层,界面结合处结合较好。进一步对图2中的界面处作了元素能谱分析(EDS),可以看出,O、Si、Al元素在玻璃和铝的界面处扩散现象明显,且扩散区呈梯度分布,这一扩散区的存在说明键合形成是界面元素扩散区的形成。

2.2 键合界面的物相分析

图3为玻璃-铝键合界面处XRD曲线(其中α为X射线的入射角度)。这一结果显示,过渡区的组成成分包括有Al2SiO5、SiO2和Al,其中Al2SiO5是Al2O3和SiO2的复合氧化物。复合氧化物以及键合界面过渡层说明了玻璃和铝可以在一定温度、电场和压力的作用下实现稳定键合。

3 键合机理探讨

图4为玻璃/铝键合机理示意图。结合键合过程中的电流变化,我们分析认为:存在于玻璃中的碱金属离子(主要是Na+)在直流电场的作用下发生迁移,导致在键合初期我们可以观测到较高的键合电流值;界面处玻璃中由于碱金属离子的迁移出现了耗尽层,在适当温度和压力的共同作用下,界面处的玻璃和铝紧密接触,促进了键合的迅速形成;玻璃耗尽层中的O2-向铝界面发生离子迁移,同时铝也在外场的作用下向玻璃进行扩散,最终玻璃和铝在界面处发生氧化反应,过渡层的出现实现了玻璃和铝的键合。键合的实质是界面处玻璃中的非桥键氧(NBO)和铝发生了固体电化学反应,形成了强度较高的复合氧化物,最终在界面处形成了稳定的键合[5]。

1-玻璃;2-铝箔;3-直流电源

图5为未发生阳极键合时试样界面接触面积示意图。我们可以将键合过程理解为在外加电场、温度和压力的共同作用下,阳极键合的接触面由最初的紧密接触(A区域)逐步向紧邻区域(B区域)、间隙区域(C区域)扩散的过程。这与我们实验所测得的键合电流和键合的紧密程度是相互吻合的。阳离子耗尽层首先在A区域形成,逐步扩散到B、C区域,最终整个界面实现了键合。

孟庆森等将界面结合形成过程分为3个阶段,即界面静电吸附、阳极氧化反应、固相扩散反应及过渡区形成阶段。界面处物质间的浓度差、键合温度、键合电压以及外加压力的不同会影响到键合的结合效果。要想实现连接良好的键合试样需要键合过程外场(电、温度、力场)的条件提供大于界面结合的能量才能自发进行。

4结论

阳极键合技术可以实现玻璃/铝多层连接。高压直流电的作用导致在玻璃表面形成了耗尽层,一定温度、压力的作用下玻璃与铝的界面处的紧密接触,相互离子扩散,促进了固相扩散反应的进行,直至形成良好的键合。结合界面的微区分析结果显示键合结合较好,过渡层呈对称梯度分布,其主要成分是尖晶石类的复合氧化物,具有较好的结合强度。

摘要：通过对多层玻璃/铝进行阳极键合,分析了键合后过渡层的形貌与元素组成,探讨了键合过程的键合机理。研究认为:金属与玻璃阳极键合的根本是在键合过程中离子扩散和界面处的氧化,键合与界面的紧密接触和形成的有效氧化物有关。

关键词：阳极键合,玻璃,铝

参考文献

[1]Wallis G D,Pomerantz D I.Field assisted glass-metal sealing[J].J App Phys,1969,40:3946-3949.

[2]孟庆森.固体电解质陶瓷(玻璃)与金属的场致扩散连接结合机理研究[D].西安:西安交通大学,2002:3-9.

[3]Meng Qingsen,Xue Jin.Joining mechanism of field-assisted bonding of electrolyte glass to metals[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2003,16:72-74.

[4]Xing Qingfeng,Sasaki G,Fukunaga H.Interfacial microstructure of anodic-bonded Al/glass[J].Journal of Materials Science:Materials in Electronics,2011,13:83-88.

铝电解阳极 篇9

1 钢壳铝芯阳极爪渗铝粘结铸造工艺条件

1.1 渗铝炉系统

工件统一在T-5000系列自动渗铝炉内完成渗铝及铸造, 渗铝炉内置铝液5吨。生产中消耗的铝液由自动熔铝炉定时补充, 渗铝炉与熔铝炉所需的热源由QM-1800煤气发生炉产生的煤气燃烧提供。

1.2 铝材

渗铝铸造用铝材选用工业纯铝 (Al1070) , 纯度≥99.7%。

1.3 工件

钢壳铝芯阳极爪由钢壳铝芯横梁和钢爪头组成, 铝芯采用渗铝粘结铸造工艺填充在钢壳体内腔实现铝钢粘结而铸造成钢壳铝芯横梁 (如图1所示) , 使阳极爪横梁由铸钢结构改变成为铝钢复合材料结构。钢壳铝芯横梁铸造件铸成后再与钢爪头焊接构成钢壳铝芯阳极爪。

1.4 温控系统

渗铝温度控制系统采用WRKLK系列铝液连续测温控制仪, 铝液温度通过智能数字显示仪即时显示, 确保工件实现准确的初始渗铝温度;控制仪对煤气发生炉燃烧系统具备调控功能, 在设定的温度范围内能实现高温控火和低温扩燃的功能, 可以保持渗铝炉内的铝液温度相对稳定。

1.5 电阻测量

钢壳铝芯阳极爪的电阻测试采用TE200高精度回路电阻测试仪测量, 测量精度可以达到0.01μΩ, 测量方法取基点1位于阳极爪铝芯凸台中心, 基点2分别位于4个钢爪头下中心点处, 对钢爪横梁进行电阻测量, 取平均值即为钢壳铝芯阳极爪的电阻值。

1.6 铝液表面覆盖剂

熔铝锅内铝液表面加一层覆盖熔剂, 可以有效防止铝液氧化。但在实际生产过程中, 难以有效避免熔剂流入钢壳体内腔, 造成产品质量受到影响。取消添加覆盖熔剂后, 消除了覆盖熔剂带来的产品质量隐患;对熔铝炉内铝液定时进行除氢及精炼处理, 可以有效去除铝液中的氢及其他杂质, 保证铝液质量的稳定。

2 钢壳铝芯阳极爪渗铝粘结铸造前处理工序

钢壳铝芯阳极爪横梁在进行渗铝粘结铸造工序以前, 通常经过除油、清洗、除锈、清洗、助渗、阻渗及烘干处理等。

2.1 除油

采用水基清洗剂清洗10分钟左右对钢件表面除油, 清洗剂液体温度控制在40～60℃;

2.2 除锈

采用盐酸水溶液除绣, 液体浓度控制在25%左右, 工件除绣时间10～15分钟。酸液中加入5%的缓蚀剂, 酸洗池内酸液表面覆盖一层塑料球, 可有效防止酸液挥发, 工件除油、除绣处理后, 必须用清水冲洗干净;

2.3 助渗、阻渗

为了促进工件内表面渗铝活性, 向工件内腔注入助渗剂, 助渗剂溶液的温度为70℃左右, 浸泡时间为5分钟;在工件外表面刷涂用水玻璃调和的石墨胶, 烘干后工件外表面可形成致密的阻渗涂层。

3 钢壳铝芯阳极爪渗铝粘结铸造工序

钢壳件完成渗铝前处理后, 浸入铝液中保持一定时间, 把钢壳件从铝液中取出, 钢壳内腔充满铝液, 经冷却后形成铝芯, 铝芯与钢壳内表面通过Fe-Al合金层形成紧密粘结。渗层组织见图2:

由图2可见, 渗层组织为带状, 十分致密, 渗层组织沿铁基方向有舌状凸起, 铝的含量在铝基中最高, 浸入固溶体区域后, 铝的含量降低至一定水平并维持相对稳定, 进入合金层后沿铁基的方向延伸, 铝的含量逐步降低并消失;铁含量的分析图谱与铝的相反。铝芯与钢壳之间金相图谱结构为:富铝层固溶体Al—Fe合金层富铁层。渗铝温度和渗铝时间直接影响到渗层组织的结构方式和强度, 对钢壳铝芯阳极爪电阻值的变化起着决定性作用, 确定最佳的渗铝温度和渗铝时间就决定了钢壳铝芯阳极爪的导电性能和产品质量。

3.1 渗铝温度的影响

当铝液温度低于720℃时, 铝液流动性差, 渗铝现象发展缓慢, 无法在钢基表面形成连续的渗铝层。钢壳体渗铝温度一般控制在720～850℃之间, 渗铝时间一定的前提下, 随着温度升高渗铝的速度越来越快, Fe-Al合金层的厚度越来越大, 钢壳铝芯阳极爪电阻测量值明显降低, 当渗铝温度大于800℃后, 合金层的厚度变化趋于平缓, 电阻测量值基本保持在一定数值范围, 未出现明显的降幅。

3.2 渗铝时间的影响

在合适的渗铝温度下, 钢基与熔融铝液的反应进行的很快, 快速形成致密、连续的合金层, 合金层的厚度随着渗铝时间的延长而不断变厚, 但当渗铝时间超过20分钟以后, 合金层厚度的增长变化则不明显了, 钢壳铝芯阳极爪电阻测量值变化在前15分钟内最为明显, 下降的幅度较快, 20分钟以后电阻测量值也趋于稳定。

经过实验可以确定:钢壳铝芯阳极爪的最佳渗铝温度控制在780～800℃之间、渗铝时间控制在15分钟。在此条件下制作的工件渗铝质量最好、测量产品电阻值的范围在3μΩ～6μΩ之间, 显著提高了工件的导电性能。

4 钢壳铝芯阳极爪渗铝粘结铸造新工艺的节电效果

针对目前施行的渗铝铸造工艺, 新工艺的最大特点是采用了WRKLK系列铝液连续测温控制仪, 可有效控制工件在设定的温度范围和渗铝时间内完成渗铝铸造, 同时实现了铝液温度的动态控制, 消除了旧工艺对铝液温度无法控制的弊端。2010年8月至10月, 为河南神火铝业集团商丘铝业公司提供了300组4爪钢壳铝芯阳极爪, 分别按照旧渗铝铸造工艺、新渗铝铸造工艺各生产制作了150组4爪钢壳铝芯阳极爪提供给该企业, 安排上槽使用后, 均与铸钢阳极爪进行了对比测试, 测试数据见表1。

从表1数据对比分析可以看出, 采用新、旧渗铝粘结铸造工艺制作的钢壳铝芯阳极爪均比同型号的铸钢阳极爪平均电阻低, 而采用新工艺制作的钢爪比采用旧工艺制作的钢爪平均电阻降低3.38μΩ, 平均工作压降从降低12.64 mv提高到降低25.85 mv, 新增节省电耗指标83.27KW.h/t-Al, 同时钢壳铝芯阳极爪强度满足电解铝生产要求。如果按年产10万吨电解铝产能 (240KA电解槽) 来计算, 采用新工艺制作的钢壳铝芯阳极爪在旧工艺产品节能的基础上, 每年最低还可以为企业新增节约用电900万千瓦, 经济效益可观。

参考文献

[1]田应甫.大型预培铝电解槽生产实践[M].长沙:中南工业大学出版社, 2005.

[2]顾国成, 刘帮津.热浸渡[M].北京:化学工业出版社, 1998.

[3]何葆祥, 朱斌.渗铝[M].北京:机械工业出版社, 1959.