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1、金属吸气的危害以溶解、吸附和化合状态存在于金属中的气体，在铸锭凝固折出时，使铸锭产生气孔、缩松、起泡、分层等组织缺陷，甚至出现氢脆危害，恶化材料的工艺性能和力学性能。1.1金属熔体中的气体本章内容要点：吸气过程气体的存在形式气眼和气泡的形成过程熔体中气体含量的检测方法1有色金属中的气体本课程内容目录：1.1气体在金属中的存在形式1.1.1熔体与炉气的作用1.1.2气体在金属中的存在形式1.1.3气体的来源（炉气中、炉料中、炉衬中及铸造过程的吸气）1.2熔体的吸气过程1.2.1熔体吸气的动力学过程（吸附，离解，扩散）1.2.2气体
2、在金属中的扩散传质1.3气眼、气孔的形成1.3.1金属中气体的析出过程；1.3.2金属熔体中气泡的形成条件；1.3.3析出性气孔与反应性气孔形成过程。（析出性气孔，反应性气孔）1.4熔体中气体的检测方法2.4.1密度测试法；2.4.2减压凝固法；2.4.3定量减压测氢法；2.4.4第一气泡法；2.4.5真空熔融抽出法；2.4.6真空固体加热抽出法；2.4.7惰性气体载体抽出法；2.4.8遥测法；2.4.9浓差电池法。熔炼工艺：装炉→熔化→扒渣→搅拌→取样→调整化学成分→搅拌→精炼→扒渣→取样→出炉铸锭。1.1气体在金属中的存在形
3、式1.1.1熔体与气体的作用熔炼过程中相关的气体种类：（1）单原子气体：Ar、He－惰性气体，作为除气和除杂的载体；（2）双原子气体：H2、O2、N2－简单气体，其中，H2、O2容易与Al发生作用；（3）复合气体：CO、CO2、H2O、CH4、SO2、H2S，SF6其中，H2O容易与Al发生作用。熔体与气体的反应形式（1）铝氧反应；（2）铝水反应；（3）铝氢反应；（4）镁氧反应；（5）镁水反应；（6）镁氢反应；（7）镁氮反应；（8）镁硫反应。（1）铝氧反应Al2O－AlO－Al2O3O2Alγ-Al2O3致密（900℃以下）α-
4、Al2O3破裂（900℃以上）低价氧化物氧化膜致密；低价氧化物润湿性好，于铝熔体中造渣γ-Al2O3的致密度好，700℃起时厚度约为10μm，800℃时厚度约为20μm，气体和金属原子通过此厚度的氧化膜非常困难，因此在800℃时铝熔体熔炼8小时，几乎不能发生继续氧化现象。当熔炼温度为900℃，γ-Al2O3向α-Al2O3转化，由于α-Al2O3密度较大，故发生氧化膜破裂现象，其连续性遭到破坏，使氧化加剧进行，因此，铝熔应超过900℃。γ-Al2O3的外表面是多孔结构的，极易吸附H气和水分，因此，夹杂与H气有伴生关系。低温下的氧
5、化膜是致密的,其厚度为10μm，一随着温度升高逐渐形成不均匀的、不连续的氧化膜,厚度增加并弥散于铝液内部的,空间结构如图,在铝晶格上铺出一个单元氧化物晶胞,形成六角形棱柱体,其内部棱边的铝原子,由于周围存在着很近的氧原子是强烈的电子受体,具有剩余的负电荷,因此与基体中的铝原子相比将带有更多的正电荷,将是电子的受体,在其上面会出现氢电子密度的重新分配,成为吸附氢的活性中心,可称为“吸附窗”,将为氢气泡的形核提供基底。图Al2O3结构示意图气体(H)与Al2O3伴生关系吸附理论形核理论复合物理论铝熔体中的氢与夹杂存在着某种共生存的相
6、互作用关系,影响铝中气孔形成的主导因素是夹杂物,只有排除夹杂物,才能保证铝液质量。弄清铝熔体中夹杂与氢的行为及其相互关系的实质,对于铝液净化工艺的合理设计极为重要,是改善和提高铝液净化效果的理论基础。铝中元素与氧反应：按合金元素与氧的亲和力的大小，由大到小依次排列为：Be—Li—Mg—Na—Ca—Al—Ti—Si—Mn—Cr—Zn—Fe—Ni—CuAl以下的与氧和亲和力小，非活性元素，形成复杂的氧化物，其组织致密，对铝液起屏蔽保护作用；Al以上的与氧亲和力大，是表面活性，所形成的组织硫松，对铝液无屏蔽和保护作用，同时，蒸汽压高，
7、所以，增加了铝熔体的倾向，所以，要覆盖剂保护。Al2O3对铝熔体的保护作用，与铝熔体中的合金元素有关！例如：Al-Mg合金，形成的氧化膜其结构是变化的，当Mg含量较低时,为γ-Al2O3结构（Mg固溶在γ-Al2O3中），当Mg含量为0.1~1,0%时，氧化膜为Al2O3和MgO的混合物，当Mg含量超过1.5%时，为MgO氧化的致密度β：β＝V0/mVm其中：V0为氧化物的摩尔体积，Vm为金属熔体的摩尔体积，m为1Mol氧化物中含有的金属原子摩尔数，Al2O3，m=2。β＞1,氧化膜致密，β＜氧化膜疏松，例如：γ-Al2O3，β
8、=1.42，Mgo，β=0.81熔体对氧化物的润湿性：熔体与固相之间的润湿性，通常有黏附功表示：cosθ＝W黏附/σ熔体－1其中：θ为真空条件下熔体与固相间的润湿角，W黏附为黏附功的，σ熔体为熔体的表面张力。黏附功的大小与熔体与固相之间的键合类型有关，并按以下顺
