铝合金阳极材料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 铝合金阳极材料及其制备方法和应用 (Aluminum alloy anode material and preparation method and application thereof ) 是由 刘春伟 周仕勇 李兴华 于 2021-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及阳极生产制造技术领域,具体涉及一种铝合金阳极材料及其制备方法和应用。所述的铝合金阳极材料,按照质量百分比,由以下原料组分制成：铝85-85.3％,锌13.8-14.2％,镁0.28-0.35％,镧0.05-0.06％,铈0.05-0.06％,杂质铁≤0.16％,杂质硅≤0.13％,其他杂质≤0.1％。本发明提供一种铝合金阳极材料,制备成本低,电流效率高,损耗低,制备方法简单,成品质量稳定,综合性能稳定；本发明还提供其制备方法和应用。(The invention relates to the technical field of anode production and manufacturing, in particular to an aluminum alloy anode material and a preparation method and application thereof. The aluminum alloy anode material is prepared from the following raw materials in percentage by mass: 85 to 85.3 percent of aluminum, 13.8 to 14.2 percent of zinc, 0.28 to 0.35 percent of magnesium, 0.05 to 0.06 percent of lanthanum, 0.05 to 0.06 percent of cerium, less than or equal to 0.16 percent of impurity iron, less than or equal to 0.13 percent of impurity silicon, and less than or equal to 0.1 percent of other impurities. The invention provides an aluminum alloy anode material which is low in preparation cost, high in current efficiency, low in loss, simple in preparation method, stable in finished product quality and stable in comprehensive performance; the invention also provides a preparation method and application thereof.)
技术领域
本发明涉及阳极生产制造技术领域，具体涉及一种铝合金阳极材料及其制备方法和应用。
背景技术
热水器内胆作为热水器重要的组成部分，它会随时间而出现严重的锈蚀问题，因此经常更换内胆，既浪费了材料，又造成一定的经济支出，水中含有微量杂质和矿物质，长期使用后，会慢慢沉淀下来，假如清洗会影响出水水质以及缩短整机的使用说明；目前市场上选择镁阳极安装在热水器箱中，防止热水器受腐蚀，但是对于制造厂商来说，镁阳极的制造价格较为昂贵，并且镁阳极使用寿命较短，镁阳极在加工过程中容易燃烧产生爆燃不安全，造成安全隐患。
铝阳极牺牲阳极是对金属进行电化学阴极保护的重要材料之一，对金属起到防腐作用，制造价格也较低，但是目前铝合金牺牲阳极的产品存在开路电位低、腐蚀不均匀的现象，使产品质量仍然达不到预期的效果。
CN105734588B公开了一种深海环境用高性能铝合金牺牲阳极及其制备方法，在阳极材料中以铝为基体，添加锌、铟、锡以及镓元素，应用熔铸法进行熔炼制得铝合金牺牲阳极。得到的牺牲阳极的电流效率高于90％，开路电位为-1.15～-1.11V，工作电位为-1.10～-1.06V，工作电位稳定，电容量≥266A.h/kg，腐蚀产物易脱落，但未经挤压的材料中的成分不均匀，组织不密实，会出现偏析现象，电流效率低，电容量低，使用寿命短，表面腐蚀不均匀，综合性能不稳定。
CN109811349A公开了一种低成本铝合金牺牲阳极材料制备工艺，其中铝合金阳极棒材料百分比组分组成为铝2.5～3.5％，硫0.6～1.4％，铬0.2～1.0％，锌≤0.003％，铜≤0.01％，铌≤0.001％，硅≤0.08％，所制得的铝合金牺牲阳极棒材的电流效率高，腐蚀均匀，生产成本低，但成分中添加硫，在熔化过程中与其他物质形成硫化物，有剧毒，不仅造成对环境污染，还对熔化操作者具有较大安全隐患，使用中与水结合生成亚硫酸。
CN109763044A公开了一种易阳极氧化的耐腐蚀压铸铝合金，包括以下组分：铝100份，硅7.5-9.0份，铜1.0-1.4份，镁0.3-0.5份，锰0.5-0.8份，锌0.5-0.7份，锡0.5-3.0份，铁0.3-0.6份，钒0.3-1.0份，钛0.05-0.20份，铅0-0.5份，镍0-05份，铝为主体，制备的易阳极氧化的耐腐蚀压铸铝合金耐腐蚀性能优异，但成分中添加铅，用在热水器中不利于人体直接接触，成分中的钒熔点高，在铸造铝合金中不能避免偏析现象，成分分布不均匀，不能均匀测腐蚀，局部腐蚀严重影响到阳极的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铝合金阳极材料，制备成本低，电流效率高，损耗低，制备方法简单，成品质量稳定，综合性能稳定；本发明还提供其制备方法和应用。
本发明所述的铝合金阳极材料，按照质量百分比，由以下原料组分制成：铝85-85.3％，锌13.8-14.2％，镁0.28-0.35％，镧0.05-0.06％，铈0.05-0.06％，杂质铁≤0.16％，杂质硅≤0.13％，其他杂质≤0.1％。
所述的铝合金阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铝锭熔化后升温，再加入其他原料组分锌、镁、镧和铈，得到铝合金粗熔液；
(2)将铝合金粗熔液升温，加入除渣剂进行打渣处理，得到铝合金熔液；
(3)将上述铝合金熔液通过重力倾转的方式，浇铸成铝阳极合金材料毛坯；
(4)将铝阳极合金材料毛坯进行表面处理、精密加工、清洗，得到铝阳极合金材料毛坯成品；
(5)将铝阳极合金材料毛坯成品通过挤压机压制成铝合金棒料。
铝锭熔化温度至690-710℃，再加入其他原料。
铝合金粗熔液升温至730-740℃，再加入除渣剂。
铝阳极合金材料毛坯成品在挤压过程中，预热温度为420-480℃，挤压筒设定温度为330-370℃，恒定电流为0.382-0.385A。
所述的铝合金阳极材料的应用：将铝合金棒料经过下料、精密数控车床加工端面、滚丝机自动滚丝、装配钢帽、安装胶圈、拧紧螺母得到成品铝合金阳极。
成品铝合金阳极包括铝合金棒、螺母、胶圈、螺柱；螺柱装配进铝合金棒，然后扣胶圈，拧紧螺母，就得到铝合金阳极。
本发明制备的铝合金阳极材料，在电子阳极的应用中，利用电化学反应，使水中的金属离子生成可溶于水的盐类物质，释放电离子与水中的金属离子中和，从而不在热水器内胆结垢锈蚀，延长热水器使用寿命，保证了热水器的正常的运作。
与现有技术相比具有的有益效果是：
(1)本发明的铝合金阳极材料，以铝为主体，制作成本低，成产效率较高；
(2)本发明的铝合金阳极材料，延长热水器的使用寿命，保证热水器的正常运作；
(3)本发明的铝合金阳极材料，电流效率高，损耗低，成品质量稳定，综合性能稳定；
(4)本发明的铝合金阳极材料的制备方法，操作简单，工序简易，利于广泛应用，能够更好的满足当今社会的要求。
附图说明
图1为本发明的铝合金阳极的结构示意图。
图1中：1、铝合金棒；2、螺母；3、胶圈；4、螺柱。
具体实施方式
本发明提供了一种铝合金阳极材料及其制备方法和应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本发明的产品和方法进行改动和适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明所述的铝合金阳极材料，按照质量百分比，由以下原料组分制成：铝85-85.3％，锌13.8-14.2％，镁0.28-0.35％，镧0.05-0.06％，铈0.05-0.06％，杂质铁≤0.16％，杂质硅≤0.13％，其他杂质≤0.1％。
优选地，所述的铝合金阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将85.3％铝锭熔化后升温至690-710℃，再加入锌14.2％，镁0.30％，镧0.055％，铈0.055％的原料得到铝合金粗熔液；
(2)将铝合金粗熔液升温至730-740℃，加入0.3％除渣剂进行打渣处理，得到铝合金熔液；
(3)将上述铝合金熔液通过重力倾转的方式，浇铸成铝阳极合金材料毛坯；具体操作做为将模具预热至450-500℃，将模具上下模合模，铝液浇入到模具的料盆中，启动倾转按钮，重力机开始倾转，2-3s倾转92-95度，3分钟冷却后重力机回转至水平位置，模具打开，取出浇注成型的铝合金毛坯，重复以上动作，连续生产；
(4)将铝阳极合金材料毛坯去除浇冒口部分，进行表面处理、将表毛坯面精密加工后浸入到超声波清洗池中进行清洗120秒，去除表面油污及杂物，得到铝阳极合金材料毛坯成品；
(5)将铝阳极合金材料毛坯放到挤压机自动生产线，设置预热温度450℃，挤压筒设定温度为330-370℃，恒定电流为0.382-0.385A，毛坯成品通过挤压机压制成铝合金棒料。
所述的铝合金阳极材料的应用：将铝合金棒料经过下料、精密数控车床加工端面、滚丝机自动滚丝、装配钢帽、安装胶圈、拧紧螺母得到成品铝合金阳极。
成品铝合金阳极包括铝合金棒、螺母、胶圈、螺柱；螺柱装配进铝合金棒，然后扣胶圈，拧紧螺母，就得到铝合金阳极。
本发明制备的铝合金阳极材料，在电子阳极的应用中，利用电化学反应，使水中的金属离子生成可溶于水的盐类物质，释放电离子与水中的金属离子中和，从而不在热水器内胆结垢锈蚀，延长热水器使用寿命，保证了热水器的正常的运作。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供一种铝合金阳极材料及其制备方法和应用进行详细描述。
将实施例1-5按照以下表1的原料组分的质量百分比来制备铝合金阳极材料。
表1实施例1-5的原料组分配比
将以上实施例1-5按照以下制备步骤制得：
(1)将铝锭熔化后升温至690-710℃，再加入锌，镁，镧，铈等其他原料得到铝合金粗熔液；
(2)将铝合金粗熔液升温至730-740℃，加入0.3％除渣剂进行打渣处理，得到铝合金熔液；
(3)将上述铝合金熔液通过重力倾转的方式，浇铸成铝阳极合金材料毛坯；具体操作做为将模具预热至450-500℃，将模具上下模合模，铝液浇入到模具的料盆中，启动倾转按钮，重力机开始倾转，2-3秒倾转92-95度，3分钟冷却后重力机回转至水平位置，模具打开，取出浇注成型的铝合金毛坯，重复以上动作，连续生产。
(4)将铝阳极合金材料毛坯去除浇冒口部分，进行表面处理、将表毛坯面精密加工后浸入到超声波清洗池中进行清洗120秒，去除表面油污及杂物，得到铝阳极合金材料毛坯成品；
(5)将铝阳极合金材料毛坯放到挤压机自动生产线，设置预热温度450℃，挤压筒设定温度为330-370℃，恒定电流为0.382-0.385A，毛坯成品通过挤压机压制成铝合金棒料。
将对比例1-5按照以下表2的原料组分的质量百分比来制备镁合金阳极材料。
表2对比例1-5的原料组分配比
将以上对比例1-5按照以下制备步骤制得：
(1)按配比将镁锭加入到熔化炉，撒入溶剂避免镁燃烧，熔化后升温至740-760℃，再加入锌，锰，铝硅合金，钙的原料得到镁合金粗熔液；过程中镁熔液出现局部燃烧要及时散入溶剂覆盖，所有使用的工具需预热至200-600℃方可与镁溶液接触，避免工具有水分导致镁熔爆燃或爆炸。
(2)将镁合金粗熔液控温至705-715℃，加入0.3％除渣剂进行打渣处理，表面散入溶剂覆盖得到铝合金熔液；
(3)将上述镁合金熔液通过重力倾转的方式，浇铸成镁阳极合金材料毛坯；具体操作做为将模具预热至450-500℃，将模具上下模合模，镁熔液用预热好的舀子进行舀入到模具的料盆中，启动倾转按钮，重力机开始倾转，2-3秒倾转92-95度，3分钟冷却后重力机回转至水平位置，模具打开，取出浇注成型的镁合金毛坯，重复以上动作，连续生产；注意舀子内舀入的镁溶液表面撒入硫磺，防止镁燃烧，浇入模具倾转后镁合金溶液与空气接触部分需散入硫磺，过程中佩戴好劳保用品，防毒面具，因硫磺与镁溶液接触燃烧产生大量有毒气体。
(4)将镁阳极合金材料毛坯去除浇冒口部分，进行表面处理、将表毛坯面精密加工后用干净的棉纱去除表面油污及杂物，得到镁合金阳极合金材料毛坯成品，过程中禁止与水接触；
(5)将镁合金阳极合金材料毛坯放到挤压机自动生产线，设置预热温度450℃，挤压筒设定温度为350℃，设定段速一电流为0.8A、段速二电流为0.8A、段速三电流为0.38A、段速四电流为0.39A、段速五电流为0.38A、段速六电流为0.8A，毛坯成品通过挤压机压制成镁合金棒料；
将实施例1-5和对比例1-5按照GB/T4948-2002和GB/T17848-1999测定制备的阳极合金阳极材料的电化学性能，检测结果如表3所示：
表3实施例1-5和对比例1-5的性能检测结果
由以上表3可以看出，实施例1-5铝合金阳极材料中的成分均匀，组织密实，不会出现偏析现象，电流效率高于92％，工作电位更稳定，平均电容量≥2906A.h/kg，产物容易脱落，表面溶解均匀，综合性能稳定。
对比实例1-5镁合金阳极材料，成分不均匀，存在偏析现象，电流效率平均89.7％，工作电位不稳定，平均电容量低，产物容易脱落，表面溶解不均匀。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
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