鋁及鋁合金的凈化

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1、鋁及鋁合金液的凈化1鋁合金液凈化的目的：排除鋁或鋁合金液中的氣體或是夾雜物；探討鋁合金液體中氣體和夾雜物的來(lái)源及其相互關(guān)系。2鋁液中氣體和夾雜物的來(lái)源：經(jīng)研究分析，鋁液中的氣體成分主要是氫氣（約占80%-90%），其余是氮?dú)猓鯕?，一氧化碳等。氫氣主要?lái)源于鋁液與水蒸氣的反應(yīng)。生產(chǎn)中的使用的任何工具，溶劑等，即使烘干，但相對(duì)于鋁液來(lái)說(shuō)仍然是潮濕的，還會(huì)使其吸氫。氫在鋁液中以兩種形式存在：（1）約占90%的氫分解為原子狀態(tài)溶解在鋁液中，稱溶解氫；（2）約占10%的氫以分子狀態(tài)吸附于夾雜物的表面或是縫隙中，稱吸附型。鋁液中的夾雜物除來(lái)自爐料外，還來(lái)自融化澆注過(guò)程中鋁與氧反應(yīng)所形

2、成的氧化物。鋁液表面有1層氧化膜，接近熔點(diǎn)時(shí)，不僅厚度增加，而且結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化；面向鋁液的一側(cè)是致密的，對(duì)鋁液有保護(hù)作用，但背向鋁液的一側(cè)則是疏松的，內(nèi)部形成大量微小的氣孔，并被鋁液中，氫，氧，水汽所充滿。如果將液膜攪入鋁液中，不僅增加鋁液夾雜物，同時(shí)也增加氣體。3鋁液凈化的原則和方法：通過(guò)對(duì)鋁合金溶液中氣體，夾雜物來(lái)源及相互關(guān)系分析，以尋求最佳的凈化方法，同時(shí)還必須要有合理的鑄造工藝相配合，才能防止在鑄件中才生氣空和夾雜物，以獲得優(yōu)質(zhì)健全的鑄件。消除鋁鑄件中的氣孔和夾雜物的工藝原則，有人概括為“防，排，溶”?！胺馈薄x熔化使用的爐料，嚴(yán)防水汽及各種臟物進(jìn)入熔爐中。

3、“排”———采用精煉劑凈化鋁液，排除鋁液中的氫氣和氧化夾雜物?！叭堋薄褪鞘逛X液中的氫在凝固時(shí)，能夠部分地甚至全部地固溶在合金組織內(nèi)，不致以氣孔的形式存在于鑄件中。當(dāng)采用金屬型鑄造、壓鑄、低壓鑄造、反壓鑄造、擠壓鑄造等工藝時(shí)，即使品質(zhì)較差的鋁液，也能獲得無(wú)氣孔的合格鑄件。鋁合金凈化方法按其作用原理可分為吸附凈化和非吸附凈化2個(gè)基本類型。1　吸附凈化法吸附凈化是指通過(guò)鋁熔體直接與吸附劑(如各種氣體、液體、固體精煉劑及過(guò)濾介質(zhì))相接觸,使吸附劑與熔體中的氣體和固態(tài)氧化夾雜物發(fā)生物理化學(xué)或機(jī)械作用,達(dá)到除氣、除雜的目的。屬于吸附凈化的方法有吹氣法、過(guò)濾法和熔劑法等。吹氣法又稱

4、氣泡浮游法,它是將惰性氣體(如氮?dú)?、氬氣?通入到鋁熔體內(nèi)部,形成氣泡,熔體中的氫在分壓差的作用下擴(kuò)散進(jìn)這些氣泡中,并隨氣泡的上浮而被排除,達(dá)到除氣的目的。氣泡在上浮的過(guò)程中還能吸附部分氧化夾雜,起到除雜的作用。過(guò)濾法是讓鋁熔體通過(guò)中性或活性材料制造的過(guò)濾器,以分離懸浮在熔體中的固態(tài)夾雜物的凈化方法。過(guò)濾材質(zhì)一般使用玻璃布、剛玉球以及泡沫陶瓷。過(guò)濾法主要是去除熔體中的夾雜物,除氫效果甚微,所以在實(shí)際應(yīng)用中,過(guò)濾法往往與吹氣法相結(jié)合。熔劑法是在鋁合金熔煉過(guò)程中,將熔劑加入到熔體內(nèi)部,通過(guò)一系列物理化學(xué)作用,達(dá)到除氣除雜的目的。除了以除氣除雜為主要目的的熔劑外,還有一些其他的熔

5、劑,如覆蓋劑、清渣劑等2　非吸附凈化法非吸附凈化是指不依靠向熔體中加吸附劑,而通過(guò)某種物理作用(如真空、超聲波、密度差等)改變金屬氣體系統(tǒng)或金屬夾雜物系統(tǒng)的平衡狀態(tài),從而使氣體和固體夾雜物從鋁熔體中分離出來(lái)的方法。屬于非吸附凈化的方法有靜置處理、真空處理和超聲波處理等。靜置處理是指將鋁熔體在澆注前靜置一段時(shí)間,由于夾雜物的密度比鋁熔體的大,所以?shī)A雜物會(huì)自發(fā)下沉,從而達(dá)到從熔體中分離的目的,小顆粒的夾雜很難用該方法除去。真空處理是將熔體置于有一定真空度的密閉保溫爐內(nèi),利用氫在熔體中和氣氛中的分壓差,使熔體中的氫不斷生成氣泡,并上浮逸出液面而被除去的方法。超聲波處理是利用超聲波

6、在熔體中的空化作用,使液相連續(xù)性破壞成孔穴,該孔穴使溶解在鋁液中的氣體聚集在一起,超聲波彈性振蕩促使氣泡的結(jié)晶核心形成,并促使氣泡聚集到一定尺寸,從而保證氣體的析出。由于超聲波發(fā)生器的局限性,該方法很難處理大批量的鋁熔體,限制了其工業(yè)應(yīng)用。4國(guó)內(nèi)外常用鋁熔體凈化處理工藝：1真空處理在熔煉溫度范圍內(nèi),鋁液表面有致密的γ-Al2O3膜存在,阻礙氫的析出,因此,必須清除表層氧化膜的阻礙作用才能獲得好的除氣效果。真空處理是物理凈化的一種方法。包括靜態(tài)真空除氣和動(dòng)態(tài)真空除氣。靜態(tài)真空除氣是在真空處理的同時(shí),在熔體表面撒上一層溶劑,以便使氫氣通過(guò)氧化膜除氣,除氣效果并不是很好。相對(duì)于靜

7、態(tài)真空除氣而言,這是一種以除氣為主的凈化處理方法。其工藝過(guò)程是先將真空爐抽成10mmHg的真空,然后打開(kāi)進(jìn)料口密封蓋,把從保溫爐來(lái)的鋁熔體借真空抽力噴入真空室內(nèi),噴入真空室內(nèi)的熔體,呈細(xì)小彌散的液滴,因而,溶解在鋁液中的氫能快速擴(kuò)散出去,鈉被蒸發(fā)燃燒掉。經(jīng)動(dòng)態(tài)真空處理后的鋁熔體氫溶解度低于0.12mL/(100gAl)。動(dòng)態(tài)真空除氣工藝的優(yōu)點(diǎn)是：除氣效果好、無(wú)公害、處理過(guò)程造渣少;缺點(diǎn)是:除其它有害雜質(zhì)的效果差,不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)處理,設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)備價(jià)格昂貴,而且設(shè)備的密封性難以保證。2旋轉(zhuǎn)噴粉法熔劑法和旋轉(zhuǎn)噴吹法相