Способ нанесения покрытий из алюминия и окоси алюминия на углеродный анод Советский патент 1977 года по МПК C23C7/00 C25B11/12 C01B31/02 

1

Изобретение относится к цветной еталлургии и может быть использовано для защиты от окисления графитовых деталей, работающих в окислительных средах при температуре не вьоше , например анодов алюминиевых электролизеров.

Известен способ нанесения покрытия из металлов на изделие напылением расплавного металла возд таной струей, предварительно нагретой температуры плавления металла 1.

Известный способ обеспечивает жидкое состояние металла, который используют для напыления, но не обеспечивает регулирование содержания окиси алюминия в покрытии.

Известен способ нанесения покрытия на углеродный электрод металлизацией алюминиевого покрытия с последующим нанесением обмазки из алюминия, кремния, двуокиси титана, борной кислоты и карбида кремния, сушкой обмазки и плавления обмазки электрической дугой; нанесение обмазки, сушку и плавление повторяют три раза. Время нан ёсения покрытия на один электрод составляет 1,5-10 ч 2.

По этому способу за один цикл обработки нельзя получить покрытие необходимой толщины, состав покрытия определяется составом проволоки или шихты, наносимой методом обмазки, в покрытии не может регулироваться необходцимое количество окиси алюминия. Kpo.se того, введение в алюллиииевую ванну кремния и бора недопустимо; во вторых, производительность метода такова, что он не может быть использован для нанесения покрытий в массовом производстве.

Известен также способ нанесения покрытия из алюминия и окиси алюминия на углеродный анод, включаюидай напыление расплавленного алюминия воздушной струей на поверхность анода (сверху) 3. Время, в течение которого распыленный алюминий находится в потоке, определяет количество окиси алюминия (AE20j) в покрытии, которое должно лежать в пределах 1-10%. Покрытие имеет толщину порядка 0,4-3,2 мм. При недостаточном содержании окиси алюминия покрытие расплавляется в занне, при высоком - растрескивается.

Процентное содержание окиси алюми,ния в покрытии находится в прямой за висимости от толшины покрытия и скороети напьгления. при точном соблюдении параметров процесса предлагаемый способ обладает высокой производитель-) ностью, а срок службу анодов с защитным покрытием увеличивается на 2-3 су При разделении струй металла и гаэа при изменении давления в 1воздушиой ма гистрали изменяется скорость полета и время нахождения алюминиевых частиц в потоке, что приводит к изменению процентного содержания окиси алюминия в покрытии. Соблюдение постоянства да ления воздушйой магистргши в производственных условиях очень сложная задача. Раздельная подача алюминиевой и во душной струй затрудняет механизацию процесса нанесения покрытия и увеличивает габариты установки для нанесения покрытия. Подача жидкого алюминия сверху на поверхность анода с боковой подачей сжатого воздуха требует строгого контроля за пересечением осей струй металла и воздуха для получения гаранти рованного качества покрытия . Кроме то го, в этом случае затруднено возобнов ление процесса напыления после его пр крашения при .чаличии в тигле неиз расходованного алюминия; при прекраще нии процесса в выходном отверстии тиг ля образуется алюминиевая пробка и ос татки алюминия должны быть удалены. Процесс распыления недостаточно стабилен, так как часть частиц, образующихся из наиболее удаленной от воз душной струи зоны, излишне охлаждается и попадает на напыляемую поверхность в твердом виде, что не обеспечивает получение покрытия с высокой окислительной стойкостью и длительного срока эксплуатации анодов в алюминиевых электролизерах. Целью изобретения является повышение окислительной стойкости и увеличение времени эксплуатации анодов. Указанная цель обеспечивается за счет того, что напыление расплавленного алюминия осуществляют струей предварительно нагретого до 800-950 С воздуха, а напыление расплавленного алюминия осуществляют на поверхность анода снизу. Нижний предел нагрева воздуха до а 00С Обеспечивает нужное количество окиси алюминия в покрытии (1-10%), не обходимое для защиты графитовых издел от окисления, и сохранение жидкого со тояния летящих частиц при распылении алюминия. Верхний предел нагрева воздуха до выбран исходя их необходимости длитэльной эксплуатации воздухонагревателя из нержавеющей стали и конструк ционной сложности замены материала на гревателя на более жаропрочный. Направление металловоздушной струи снизу-вверх позволяет осуществить получение прочного покрытия и безаварийное многократное прекращение и возобновление процесса распыления, а применяемая инжекционная форсунка сохраняет свои характеристики при изменении давление воздуха в широких пределах (от 1 до 10 атм). Пример l.Ha обожженный углеродный анод (на основе каменноугольного пека) размером 450x500x550 мм наносят покрытие распылением жидкого алюминия подогретой воздушной струей по режиму: температура алюминия , температура подогрева воздуха 900С, давление воздуха 4-5 атм, диаметр воздушного сопла 8 мм, дистанция напыления 170 мм, скорость перемещения анода 5 м/мин, напыление снизу-вверх. В процессе напыления при повороте анода для напыления следующей грани, 4 раза прекращали подачу алюминия; при этом засорения алюминиевого сопла не наблюдалось. Содержание окиси алюминия в покрытии 4,5%; толщина полученного покрытия 1,5-2 мм. Время эксплуатации анода в электролизере для получения алюминия в расплаве алюминийсодержащих солей при 24,5 суток (время эксплуатации анода без покрытия 22 суток), а с покрытием без подогрева воздуха 22,5 суток) . Пример 2. На образец из графита ГМЗ размером 36x40 мм наносят покрытие распылением жидкого алюминия подогретой воздушкой струей по режиму: температура алюминия , диаметр сопла подачи алюминия 3 мм; диаметр воздушного 8 мм; дистанция насыпления 50 мм; скорость перемещения Образца 3,5 м/мин; давление воздуха 5 атм; температура подогрева воздуха . Окисляемость образца графита с покрытием определяли по угару при в атмосфере воздуха. После 200 ч выдержки образца, полученного по примеру 2, угара образца не обнаружено, а по известному способу (для такого же образца, но без подогрева воздушной струи) уже после 12 ч выдержки угар образца составил 0,15 г/см. Формула изобретения 1. Способ нанесения покрытия из алюминия и окиси алюминия на углеродный анод, включающий напыление расплавленного алюминия воздушной струей на поверхность анода, отличающийся тем, что, с целью повышеS-: . ..

1ния окислительной стойкости и увели- и

чения времени эксплуатации анода воз- очники информации, принятые во

дух предварительно нагревают до 800-внимание при экспертизе: SSO-C. д очи 1- Катц н.В. и др. Металлизация

7 г , 1966, с. 32-39.

. Способ по П.1, о т л и ч я и 1 п Щ и и с я тем что няп.,„ а ю - 2. Патент Великобритании

ленного осу е ЛГиГ 07.05.69. .

-верхность анода cниS °209 oStSI S в , 2045831996

- распылением. М., Машиностроение,