鋁及鋁合金熔體凈化處理

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1、鋁及鋁合金熔體凈化處理鋁料的表面都有一層厚薄不均的氧化膜，有時還吸附水分，夾雜灰沙，粘有油污，涂有油漆等。在熔化時，鋁料在高溫環(huán)境中進一步氧化，氧化膜厚度增加，并與氣氛中的水分起化學反應，生成氧化鋁和氫，使氧化夾雜和氣體含量增加。所以，鋁料熔化以后，必須進行凈化處理，以清除鋁液內部的雜質和氣體。用于凈化鋁液的物質統(tǒng)稱為熔劑。熔劑在室溫多數(shù)是固體或氣體，也有個別熔劑是液體，如CCl4。固體熔劑的優(yōu)點是體積小，容易運輸和儲存，但都具有較強的吸濕性，必須密封包裝。為了提高固體熔劑的凈化效果，可將熔劑壓緊成緊密小塊用鋁箔包裹，放入長柄

2、的鉆孔容器內插入熔池底部。對以NaCl和KCl的混合鹽為基體的熔劑，可先按配比將混合鹽熔化后，加入難熔組分，例如Na3AlF6，經(jīng)攪拌冷卻后注入密封鐵箱內。熔劑使用前應存放在室溫較高的干燥地點，如熔爐旁，以防受潮。在熔爐內施加覆蓋熔劑，可以減少熔化消耗，阻止鋁液從爐膛氣氛中吸收氣體，但覆蓋熔劑的耗用量大(約相當于鋁料重量的10%)，使生產成本提高，中小型鋁加工廠一般不采用。凈化熔劑的使用通常是在鋁料熔化以后將按配比混合的粉狀熔劑撒在熔池表面，然后用長柄工具攪動鋁液促使灰渣上浮。在攪動過程中，部分熔劑加入熔池內部，與鋁液發(fā)生化學

3、反應，生成不溶于鋁的氣態(tài)物質，在氣泡上升過程中起除氣和除灰的作用。使用較多的一種熔劑是2份冰晶石與1份氯化銨混合的粉末，其凈化鋁液時的化學反應如下：Na3AlF6＋Al→2AlF3＋3NaNH4Cl＋2Al→AlN＋AlCl＋2H2AlF3＋2Al→3AlFAlCl3＋2Al→3AlCl6AlF＋3O2→2Al2O3＋2AlF36AlCl＋3O2→2Al2O3＋2AlCl3以上化學反應中所生成的Al2O3，AlN和H2，連同鋁液中原有的Al2O3和H2一起被AlF3和AlCl3氣泡帶出液面。有時也用Na2SiF6作為熔劑，但其

4、凈化效果不如Na3AlF6。用Na2SiF6作熔劑時的化學反應如下：Na2SiF6＋2Al→2AlF＋2Na＋SiNa2SiF6＋2Al→2NaF＋SiF43SiF4＋2Al2O3→3SiO2+4AlF3以以NaCl和KCl的混合鹽為基體的熔劑成分為1、鋁合金中氣體的來源熔煉鋁合金過程中，從大氣、燃料、爐料、耐火材料、熔劑、熔鑄工具等帶入的氣體種類較多，如：H2、CO2、CO、N2、CnHn(碳氫化合物)、H2O和O2等。但只有那些容易分解成原子的氣體，才能有較多的數(shù)量溶入鋁液中去。具體說，鋁液所溶解的氣體中80～90%是氫。

5、所以鋁合金中的含氣量，主要是指含氫量。熔煉時周圍空氣中的氫氣含量并不多，所以氫的主要來源是通過水分與鋁液反應而產生的氫原子。2Al＋3H2O＝Al2O3＋6[H]。這種原子態(tài)氫，一部分跑到大氣中，一部分就進入鋁液中。實踐證明，不同的季節(jié)和地區(qū)，因空氣的濕度不同，鑄錠中的氣體含量也隨之而異，其含氣量隨空氣濕度的增大而增加。1.2影響氣體含量的因素(1)合金元素的影響：與氣體結合力較大的合金元素，如鈦、鋯、鎂等會使合金中的氣體溶解度增大，而銅、硅、錳、鋅等合金元素可降低鋁合金中氣體的溶解度。銅、硅含量對氫在鋁熔體中溶解度的影響氫的

6、溶解度銅或硅的含量，%cm3/100g金屬05102050含銅的鋁合金含硅的鋁合金0.880.880.580.640.440.640.370.500.36－(2)氣體分壓的影響：在溫度相同的條件下，氣體在金屬中的溶解度隨爐氣成分中的氫氣分壓增大而增大。故火焰爐熔煉的鋁熔體中的氫溶解度比電爐中的大。(3)溫度的影響：在氫分壓一定時，溫度越高鋁熔體吸收的氫也越多。此外，金屬表面氧化膜狀態(tài)及熔煉時間對氣體在鋁熔體中的溶解度也有影響。2、鋁液中的夾雜物液態(tài)鋁與氧氣、氮氣、硫、碳等元素發(fā)生化學反應而生成的化合物及混入的其它夾雜物中，以氧

7、化夾雜物(Al2O3)對金屬的污染最大。一般在鑄錠中氧化夾雜物的總量占0.002%～0.02%。鋁合金中夾雜物的來源：(1)鋁合金在熔化狀態(tài)時表面與爐氣中氧化性氣體作用而生成的氧化物，如Al2O3等。這種氧化膜在鋁液表面可以保護鋁液不再被氧化。但這種表面膜一旦破裂便裹入鋁液中，因Al2O3熔點高(2050℃)、密度(3.5~4.0)比鋁液大，不上浮，故易在鑄件中形成氧化物夾雜。(2)爐料中所含氧化物也是合金中氧化物夾雜的一個重要來源。如鋁錠、中間合金等原含有Al2O3等夾雜物，鋁錠表面的鋁銹Al(OH)3等，在熔煉時都能直接污

8、染鋁液。鋁合金中與氧親和力小于鋁的合金元素，如硅、鋅、銅等，在氧化薄膜的保護下不易氧化，即使有少量的元素被氧化了，得到的氧化物也較致密，不破壞氧化鋁膜的連續(xù)性。所以鋁－硅、鋁－銅、鋁－鋅類合金在大氣下熔煉不用加覆蓋劑。鋁合金中對氧親和力對于鋁的元素是鎂。鎂比鋁輕，比鋁更容易氧