铝及铝合金的净化

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1、铝及铝合金液的净化1铝合金液净化的目的：排除铝或铝合金液中的气体或是夹杂物；探讨铝合金液体中气体和夹杂物的来源及其相互关系。2铝液中气体和夹杂物的来源：经研究分析，铝液中的气体成分主要是氢气（约占80%-90%），其余是氮气，氧气，一氧化碳等。氢气主要来源于铝液与水蒸气的反应。生产中的使用的任何工具，溶剂等，即使烘干，但相对于铝液来说仍然是潮湿的，还会使其吸氢。氢在铝液中以两种形式存在：（1）约占90%的氢分解为原子状态溶解在铝液中，称溶解氢；（2）约占10%的氢以分子状态吸附于夹杂物的表面或是缝隙中，称吸附型。铝液中的夹杂物除来自炉料外，还来自融化浇注过程中铝与氧反应所

2、形成的氧化物。铝液表面有1层氧化膜，接近熔点时，不仅厚度增加，而且结构也发生变化；面向铝液的一侧是致密的，对铝液有保护作用，但背向铝液的一侧则是疏松的，内部形成大量微小的气孔，并被铝液中，氢，氧，水汽所充满。如果将液膜搅入铝液中，不仅增加铝液夹杂物，同时也增加气体。3铝液净化的原则和方法：通过对铝合金溶液中气体，夹杂物来源及相互关系分析，以寻求最佳的净化方法，同时还必须要有合理的铸造工艺相配合，才能防止在铸件中才生气空和夹杂物，以获得优质健全的铸件。消除铝铸件中的气孔和夹杂物的工艺原则，有人概括为“防，排，溶”。“防”———要精选熔化使用的炉料，严防水汽及各种脏物进入熔炉

3、中。“排”———采用精炼剂净化铝液，排除铝液中的氢气和氧化夹杂物。“溶”———就是使铝液中的氢在凝固时，能够部分地甚至全部地固溶在合金组织内，不致以气孔的形式存在于铸件中。当采用金属型铸造、压铸、低压铸造、反压铸造、挤压铸造等工艺时，即使品质较差的铝液，也能获得无气孔的合格铸件。铝合金净化方法按其作用原理可分为吸附净化和非吸附净化2个基本类型。1　吸附净化法吸附净化是指通过铝熔体直接与吸附剂(如各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质)相接触,使吸附剂与熔体中的气体和固态氧化夹杂物发生物理化学或机械作用,达到除气、除杂的目的。属于吸附净化的方法有吹气法、过滤法和熔剂法等。吹气

4、法又称气泡浮游法,它是将惰性气体(如氮气、氩气等)通入到铝熔体内部,形成气泡,熔体中的氢在分压差的作用下扩散进这些气泡中,并随气泡的上浮而被排除,达到除气的目的。气泡在上浮的过程中还能吸附部分氧化夹杂,起到除杂的作用。过滤法是让铝熔体通过中性或活性材料制造的过滤器,以分离悬浮在熔体中的固态夹杂物的净化方法。过滤材质一般使用玻璃布、刚玉球以及泡沫陶瓷。过滤法主要是去除熔体中的夹杂物,除氢效果甚微,所以在实际应用中,过滤法往往与吹气法相结合。熔剂法是在铝合金熔炼过程中,将熔剂加入到熔体内部,通过一系列物理化学作用,达到除气除杂的目的。除了以除气除杂为主要目的的熔剂外,还有一些

5、其他的熔剂,如覆盖剂、清渣剂等2　非吸附净化法非吸附净化是指不依靠向熔体中加吸附剂,而通过某种物理作用(如真空、超声波、密度差等)改变金属气体系统或金属夹杂物系统的平衡状态,从而使气体和固体夹杂物从铝熔体中分离出来的方法。属于非吸附净化的方法有静置处理、真空处理和超声波处理等。静置处理是指将铝熔体在浇注前静置一段时间,由于夹杂物的密度比铝熔体的大,所以夹杂物会自发下沉,从而达到从熔体中分离的目的,小颗粒的夹杂很难用该方法除去。真空处理是将熔体置于有一定真空度的密闭保温炉内,利用氢在熔体中和气氛中的分压差,使熔体中的氢不断生成气泡,并上浮逸出液面而被除去的方法。超声波处理是

6、利用超声波在熔体中的空化作用,使液相连续性破坏成孔穴,该孔穴使溶解在铝液中的气体聚集在一起,超声波弹性振荡促使气泡的结晶核心形成,并促使气泡聚集到一定尺寸,从而保证气体的析出。由于超声波发生器的局限性,该方法很难处理大批量的铝熔体,限制了其工业应用。4国内外常用铝熔体净化处理工艺：1真空处理在熔炼温度范围内,铝液表面有致密的γ-Al2O3膜存在,阻碍氢的析出,因此,必须清除表层氧化膜的阻碍作用才能获得好的除气效果。真空处理是物理净化的一种方法。包括静态真空除气和动态真空除气。静态真空除气是在真空处理的同时,在熔体表面撒上一层溶剂,以便使氢气通过氧化膜除气,除气效果并不是很

7、好。相对于静态真空除气而言,这是一种以除气为主的净化处理方法。其工艺过程是先将真空炉抽成10mmHg的真空,然后打开进料口密封盖,把从保温炉来的铝熔体借真空抽力喷入真空室内,喷入真空室内的熔体,呈细小弥散的液滴,因而,溶解在铝液中的氢能快速扩散出去,钠被蒸发燃烧掉。经动态真空处理后的铝熔体氢溶解度低于0.12mL/(100gAl)。动态真空除气工艺的优点是：除气效果好、无公害、处理过程造渣少;缺点是:除其它有害杂质的效果差,不能实现连续处理,设备结构复杂,设备价格昂贵,而且设备的密封性难以保证。2旋转喷粉法熔剂法和旋转喷吹法相