對我國鋁熔體凈化應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的認識

田良

摘 要：本文論述了我國鋁熔體凈化應用的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，為我國鋁熔體凈化應用走持續(xù)、穩(wěn)定及健康的發(fā)展道路提供了一定的見解。

關鍵詞：鋁熔體凈化;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

一、對鋁熔體凈化應用的分析與認識

目前對鋁合金熔體潔凈度的要求主要以氫的含量來衡量。其一般是國內(nèi)先進水平為0.15ml/100gA1;國際領先水平達到0.l0ml/100gA1，而世界創(chuàng)新水平在0.08ml/100gA1以下。根據(jù)鋁合金品種和用途的不同，對熔體純凈度的要求存在一定差異。其通常從氫含量、非金屬夾雜和鈉含量等幾方面來控制。

a、國內(nèi)鋁合金凈化的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)在熔劑領域的研究還是比較多的。許峰等為了改善鑄造鋁硅合金的組織和性能，采用含有Na、K、B的新熔劑，獲得了較好的效果。白世鴻等采用幾種熔劑凈化Al-4.5%Cu合金熔體，獲得25℃-60℃的過冷度，并得出采用80%BaCl2、20%MgC12粘性熔劑優(yōu)于其它配方的結(jié)論。

b、我國鋁合金凈化的行業(yè)現(xiàn)狀

通常鋁熔體中含有0.4ml/100g Al-0.8ml/100g Al的氫。鋁熔體除氣處理后的氫含量一般都在0.1ml/100g Al-0.2ml/100g Al。而飛機零件氫含量有時要求不超過0.1ml/100g Al，而目前國內(nèi)鋁熔體除氣的先進水平能達到0.lml100g Al左右。此外，液態(tài)鋁的精煉還有ALPUR法以及真空處理法。

二、依靠技術進步，以促進鋁熔體凈化應用的可持續(xù)發(fā)展

1.鋁合金熔體的凈化處理

a、鋁熔體中的氣體和夾雜物

（1）氣體和夾雜物的形態(tài)。鋁合金熔體中的氣體主要是氫氣（體積分數(shù)約為60%～90%），其次是氮氣、氧氣、一氧化碳等。氫氣幾乎不溶于固態(tài)鋁。但在液態(tài)鋁中的溶解度很大，且隨溫度的升高而增大，每100g鋁液在固相線上下的含氫量分別為0.65ml和0.034ml（在0.1MPa條件下）。而實際上，鋁合金一般要求每100g鋁液含氫量為0.1ml-0.2ml。航空用鋁合金要求每100g鋁液含氫量低于0.06ml。

（2）鋁合金熔體中氣體和夾雜物的來源。鋁合金是在一定的爐氣中熔煉而成的。高溫狀態(tài)下熔體與爐氣中的N2、O2、H2O、CO2等接觸，在接觸界面上會發(fā)生相互作用，產(chǎn)生化合、分解、溶解和擴散等過程。

b、鋁熔體凈化技術及凈化原理

熔體凈化方法有吸附凈化、非吸附凈化和過濾凈化三大類。

吸附凈化的原理是，向熔體內(nèi)吹入氣體比如氮氣、氫氣、混合氣或加人熔劑，通過其與鋁液的反應，獲得氣泡，然后利用這些小氣泡在上浮過程中吸附氫氣和夾雜物，并帶到液面實現(xiàn)除氣和去渣。

c、鋁合金熔體凈化工藝的分類

鋁合金熔體凈化的分類方法很多。通常按以下3種方法進行分類：按工藝節(jié)奏可以分為在線式和間歇式;按凈化位置可以分為爐內(nèi)和爐外凈化;按工作原理分為吸附凈化和非吸附凈化兩大類。這3種分類方法各有特點。其有時相互交叉，互相補充。

2.鋁合金熔體傳統(tǒng)凈化工藝的改進

a、吸附凈化工藝

吸附凈化是指通過鋁合金熔體直接與吸附劑（如各種氣體、液體、固體精煉劑及過濾介質(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、物理化學或機械作用，從而達到除氣、除雜的目的。

（1）氣泡浮游法。氣泡浮游法又稱吹氣法。其是20世紀70年代與20世紀80年代發(fā)展起來的鋁合金熔體凈化工藝。其主要用于除氫。其是將具有惰性性質(zhì)的氣體通入鋁合金熔體內(nèi)部形成氣泡，而熔體中的氫在分壓差的作用下擴散進入到這些氣泡中，并隨氣泡一起上浮至液面而被排除，從而達到除氣的目的。

（2）過濾法。過濾法是讓鋁合金熔體通過中性或者活性材料制造的過濾器，借以分離懸浮在熔體中的固態(tài)夾雜物的凈化方法。其主要包括玻璃絲布過濾、剛玉微孔陶瓷管過濾與陶瓷飽沫過濾等。

（3）熔劑法。熔劑法就是在鋁合金熔煉過程中將熔劑加人到熔體內(nèi)部，通過一系列物理化學作用，達到除氣除雜的目的。

b、非吸附凈化工藝

非吸附凈化是指不依靠向熔體中添加吸附劑，而是通過某種物理作用（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合金熔體中分離出來。

3.鋁合金熔體凈化新工藝的發(fā)展

a、旋轉(zhuǎn)脈沖噴吹工藝

氣泡浮游法的效果取決于惰性氣體的性質(zhì)和純度、氣泡的大小和氣泡在熔體中的分散程度等多種工藝參數(shù)。如何進一步減小氣泡尺寸和改善氣泡在熔體中的分布是提高氣泡浮游法除氣率的關鍵。

b、超聲波凈化技術

超聲波凈化是一種環(huán)境友好且相對便宜的工藝。其即使用高密度超聲波振動，也能在鋁合金熔體中產(chǎn)生振蕩壓強。

c、電磁凈化技術

傳統(tǒng)的過濾凈化技術只能有效清除微米級大小的夾雜物，而且過濾效率很低。近年來，電磁凈化技術越來越得到人們的重視。該技術的突出特點是利用非金屬夾雜物與液態(tài)金屬之間導電性的巨大差異實現(xiàn)兩者的分離。

a、要研制出適合工業(yè)生產(chǎn)的合理的熔體凈化工藝。首先其需要進一步加強熔體凈化工藝基礎理論的研究，即以物理化學、材料化學為基礎，研究氫以及各種夾雜物與熔體相互作用的關系，從而為凈化工藝的設計提供理論指導。

b、考慮到保護環(huán)境、降低成本和提高效率等因素，對目前各種鋁合金熔體的凈化工藝做進一步改進;要探索新的鋁合金熔體凈化技術，從凈化方式、凈化參數(shù)和凈化設備出發(fā)，設計新工藝實現(xiàn)氣體以及夾雜物與熔體的分離，以適應新的要求。

三、結(jié)語

近幾年由于汽車制造業(yè)、機械制造業(yè)和航空航天等領域的快速發(fā)展，因此鋁合金鑄件（尤其是大型、復雜的鑄件）和壓力加工制品在這方面的應用也越來越多。其對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高。鋁合金鑄件的質(zhì)量直接取決于熔體質(zhì)量的好壞。而加工制品質(zhì)量的主要影響因素是鑄坯。鑄坯質(zhì)量的高低同樣直接受到熔體質(zhì)量的影響。因此，鋁合金熔體處理非常重要。

參考文獻：

[1]譚群燕等.鋁合金熔體處理技術[J].熱加工工藝.2007（17）：65-67.

[2]張淑婷等.鋁合金熔體凈化的研究[J].材料導報.2009（11）：43-45.