铝熔体中夹杂物和氢的去除研究

《铝熔体中夹杂物和氢的去除研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、铝熔体中夹杂物和氢的去除研究摘要铝材中的气孔(氢)和夹杂物(A1203)会直接或间接地影响其强度、塑性变形性能及最终使用性能等，铝熔体中夹杂物和氢的去除对提高铝合金性能具有重要的作用。本论文采用搅拌熔融活性熔剂、活性涂层陶瓷过滤器(泡沫陶瓷和陶瓷颗粒)和陶瓷过滤器与熔融活性熔剂复合方法去除铝熔体中的夹杂物，并研究其净化机理和工艺。对净化前后试样的力学性能、断口形貌、夹杂物数量和大小等进行了系统的研究。另外，初步研究了SrCeo．95Yo．0503-8导质子陶瓷膜电化学法分离铝熔体中氢的原理和方法。熔盐化学

2、热力学分析表明，夹杂物在熔融熔剂中的润湿性比在铝熔体中润湿性好，夹杂物具有从铝熔体迁移到熔融熔剂的趋势。用表面更新动力学模型较好地描述了夹杂物从铝滴表面迁移到旋转熔融熔剂中的过程以及旋转铝滴中的夹杂物重新分布规律，并且发现旋转熔融熔剂中的微量元素会扩散到旋转铝滴中。力学性能检测表明，搅拌熔融熔剂处理后的拉伸试样的抗拉强度增加8．59％，伸长率略微减小。通过比较处理前后的拉伸试样断口撕裂纹和韧窝，处理后的拉伸试样的断口撕裂纹和韧窝要细小。金相观察表明，处理后的金相试样中的夹杂物数量和尺寸比没有处理的金相试样

3、中的夹杂物数量和尺寸分别要少和小，Leco分析软件统计显示夹杂物的体积分数由1．23％(没有处理)降到0．92％(处理工艺，转速500rpm)。提高旋转熔融熔剂的转速和增加搅拌熔融熔剂的次数都有利于提高除夹杂效率。由于搅拌熔融熔剂(转速500_rpm)中的微量元素扩散到铝熔体引起铝晶粒细化，处理后的铝晶粒尺寸大约是没有处理的铝晶粒尺寸的三分之一，这是引起试样拉伸强度上升的主要原因。合成了一种熔化温度范围为700"C左右的活性涂层(一种玻璃釉，对夹杂物A1203具有粘性和溶解性)，并且活性涂层的成分不会扩散

4、到铝熔体中，通过比较发现，无硼的活性涂层成分会扩散到铝熔体中。将活性涂层制备成悬浮液涂覆到陶瓷过滤器表面上，制备出活性涂层复合陶瓷过滤器。热力学分析表明，夹杂物在熔融活性涂层中的润湿性比在铝熔体中的润湿性好，夹杂物具有从铝熔体迁移到涂层上的趋势。动力学研究表明，在活性涂层捕获夹杂物没有被铝熔体冲刷掉的条件下，铝流体的流速和过滤压力的增大以及孔径的减小均有利于提高活性涂层捕获夹杂物的效率。实验结果表明，过滤效果最好的是用直径为0．7mm活性涂层陶瓷颗粒过滤铝熔体，过滤后的拉伸试样的伸长率提高17．9l％，而

5、抗拉强度没有变化。通过比较过滤前后的拉伸试样断口裂纹和韧窝发现，过滤后的拉伸试样断口裂纹和韧窝分别变细和减小。O．7mm活性涂层陶瓷颗粒过滤后的试样与没有过滤的试样中的夹杂物数量和尺寸相比分别要少和小，仅有少数尺寸在6岬左右的夹杂物。当活性涂层陶瓷颗粒装在可透气的耐火砖管内时，尽管活性涂层能够捕获一部分夹杂物，但是过滤后的铝熔体与空气接触会产生新的夹杂物，反而达不到过滤效果。用尺寸相对较大和涂层相对较厚的陶瓷颗粒过滤铝熔体可以达到尺寸相对较小和涂层相对较薄的陶瓷颗粒过滤铝熔体的效果。另外，无涂层的陶瓷过滤

6、器捕获夹杂物效率较低，而活性涂层陶瓷过滤器捕获夹杂物效率高并且方便快捷，它在铝加工工业中有着广阔的应用前景。在陶瓷过滤器表面上的熔融活性熔剂容易被铝熔体冲刷掉，使得陶瓷过滤器达不到活性过滤的效果。用陶瓷过滤器与熔融活性熔剂复合法过滤铝熔体，即把陶瓷过滤器浸泡在熔融活性熔剂中，陶瓷过滤器把铝熔体分散成细小的铝流体流过熔融活性熔剂层，并且保持整个复合过滤装置随铝熔体液面上升而上升，可以达到复合过滤效果。用熔融活性熔剂和直径3mm陶瓷颗粒与40ppi泡沫陶瓷复合法过滤铝熔体，可以有效地去除尺寸大于209rn左右

7、的夹杂物。在690℃"'780"C温度范围，用N2--H2混合气体测试SrCeo．9sYo．0503-5导质子陶瓷膜。测试结果表明，实际测量燃料电池电动势值比理论计算电池电动势值要低，电导率变化在4．7X10-81．1X10．6(阽em)d之间。在720"C，用热力学计算燃料电池(SOFC)效率，SOFC效率为73．8％，动力学计算SOFC反应活化能约为118kJ／mol，电极反应由异相反应控制。用SrCeo．95Yo．0503．6导质子陶瓷膜电化学分离铝熔体中的氢，当通直流电(电压50V，电流1．28A

8、)30分钟后，测试结果显示氢含量由0．15ml／1009A1降到0．12ml／1009A1，降低了20％，但拉伸试样的力学性能变化不明显。’’在上述研究的基础上，本文提出了搅拌熔融熔剂净化铝熔体的机理、活性涂层捕获夹杂物的机理。本论文的创新之处在于建立了旋转铝滴中的夹杂物迁移到II旋转熔融熔剂中的表面更新动力学模型，合成出一种能够涂覆到陶瓷过滤器表面上的活性涂层，涂有这种活性涂层的陶瓷过滤器能够有效地捕获铝熔体中的夹杂物并溶解