[发明专利]一种铝电解槽打壳复合锤头的制备方法

说明书

本发明涉及一种制备Fe‑Cr‑Mn‑C‑B/25CrMnSi铝电解槽打壳复合锤头的制备方法，属于双金属复合材料领域。本发明以Fe‑Cr‑Mn‑C‑B合金为打壳锤头，以焊接性能优异的ZG25CrMnSi低合金高强度钢为锤柄，通过采用铸造的方法将两种材料复合在一起，有效地提高了打壳锤头的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种制备Fe-Cr-Mn-C-B/25CrMnSi铝电解槽打壳复合锤头的制备方法，属于双金属复合材料领域。

背景技术

在铝电解生产过程中打壳锤头的作用是将预焙阳极铝电解槽的进料口打开，以便让氧化铝原料能够顺利进入电解质中溶解，从而，保持铝电解生产过程持续和正常进行。因此，打壳锤头是铝电解生产下料系统的重要零部件之一。

打壳锤头的工作环境恶劣，损耗速度快。锤头在工作过程中频繁地会受到高温冰晶石、氧化铝电解质熔盐和铝液的腐蚀，并且，与高硬度的氧化铝结壳不断地摩擦，导致打壳锤头在短期内严重磨损和腐蚀而报废。我国打壳锤头一般都使用低硬度的Q235铸钢造或锻钢制备，其耐磨、耐蚀和抗氧化能力差，所以，我国打壳锤头的使用寿命非常低。打壳锤头的快速消耗不但增加了金属铝的生产成本，而且还将杂质元素铁带入了铝液中，污染了铝液、降低了铝锭的纯度和品质。另外，频繁地更换打壳锤头也增加了工人的工作量和安全生产的隐患。所以，开发新型抗磨、耐高温和抗腐蚀的打壳锤头对于金属铝生产是十分重要的。

为了提高打壳锤头的使用寿命人们多年来研究了多种方法以提高其抗磨、耐高温和抗腐蚀的能力。打壳锤头表面改性是最常用的方法之一。常用的表面改性方法有渗碳、渗氮、渗硼等。然而，由于渗层较薄，一般仅有十几微米到几百微米，所以，渗透表面改性方法对提高打壳锤头的使用寿命是十分有限的；热喷涂是另外一种经常被采用的表面改性方法。但是，涂层与基体之间是机械结合。锤头使用过程中在频繁地热应力和冲击力的作用下涂层会从表面成片脱落而失效。虽然喷砂处理能增强结合强度，但是，喷砂处理却使砂粒经常残留在工件表面。所以，热喷涂技术对提高打壳锤头的使用寿命也是有限的。实践证明：与渗碳、渗氮、渗硼和热喷涂等表面处理方法相比，堆焊是一种行之有效的方法。因为表面堆焊可以使锤头得到厚度大、合金含元素含量高的高合金复合层。该高合金复合层具有优良的抗磨、耐高温和耐腐蚀能力。然而，堆焊工艺复杂、成本高。打壳锤头堆焊一定厚度的合金层后会显著提高其生产成本。

除表面改性处理之外，提高打壳锤头使用寿命的另外一种有效方法是改变打壳锤头的材质，即：使用耐磨、耐腐蚀和抗氧化的材料代替Q235钢。其中，耐热钢是经常的选择之一。耐热钢含碳量低，含Cr、Ni、Mo等合金元素量高，具有优异的耐腐蚀和抗氧化性能。然而，由于耐热钢合金含量高，所以，其焊接性能较差，并且，耐热钢硬度低，耐磨性差。所以，耐热钢打壳锤头存在着锤头与锤杆焊接连接等方面的问题。况且，耐热钢的生产成本高。所以，耐热钢不是制造打壳锤头的理想材质。除了耐热钢之外，许多打壳锤头选用高铬铸铁进行制备，这是因为高铬铸铁具有高硬度、高耐磨性和抗高温氧化性能。实践证明：以高铬铸铁为打壳锤头材质，并采用复合铸造的方法制备的复合打壳锤头不但解决了锤头与锤杆的连接问题，而且，显著地提高了打壳锤头的使用寿命。然而，高铬铸铁的不足之处是抗腐蚀能力较差，特别是是抗铝液腐蚀的能力差。所以，高铬铸铁也不是制备打壳锤头的理想材质。因此，开发同时兼具抗磨、耐高温和耐铝液腐蚀综合能力优异的打壳锤头材质对于显著提高锤头的使用寿命具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于采用耐磨、耐腐蚀和抗高温氧化的Fe-Cr-Mn-C-B合金与低合金高强度铸钢ZG25CrMnSi相结合制备铝电解槽打壳复合锤头，从而，显著提高其使用寿命。

本发明采用的技术解决方案的工艺步骤如下：

1、一种采用Fe-Cr-Mn-C-B耐磨合金制备铝电解槽打壳机复合锤头的工艺，其特征如下：

(1)打壳锤头为Fe-Cr-Mn-C-B高耐磨、耐腐蚀和抗氧化的铁基合金；