俞海濤，趙忠興，趙 慧，孫金根

（沈陽理工大學(xué)，遼寧沈陽 110168）

鎂含量對ZL101鋁合金液夾雜檢測的影響

俞海濤，趙忠興，趙 慧，孫金根

（沈陽理工大學(xué)，遼寧沈陽 110168）

文章通過電阻法檢測鋁合金液夾雜的原理，分析了鋁合金中鎂含量變化對夾雜產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著鎂含量的增加，用電阻法測得電流值降低，非金屬雜質(zhì)增多。

鎂；鋁合金；檢測；雜質(zhì)

Mg在α(Al)中的溶解度達(dá)到14.9%，是A1-Si合金的主要強(qiáng)化元素，可與Si形成Mg2Si相，Mg2Si相固溶于α(Al)中，使α(Al)結(jié)晶點(diǎn)陣發(fā)生畸變，強(qiáng)化合金從而有效提高合金的性能[1]。研究表明，Mg能抑制Fe相的有害作用[2]。鎂對鋁合金液含氣量的影響已經(jīng)得到驗(yàn)證，但對鋁合金液中夾雜的影響還缺少相應(yīng)的研究結(jié)果。本文采用電阻法檢測不同鎂含量鋁合金液中夾雜的變化情況，分析合金元素鎂對鋁合金液中夾雜形成的影響，對獲得高質(zhì)量鋁合金液意義重大。

1 電阻法在線檢測夾雜原理[3-6]

電阻法檢測夾雜是對電敏感區(qū)電阻變化進(jìn)行監(jiān)測，其原理圖如圖1。在一個(gè)絕緣容器底部開一個(gè)小孔使鋁液通過，在小孔兩側(cè)加一個(gè)恒定的電壓，在小孔中形成一個(gè)電敏感區(qū)域，當(dāng)導(dǎo)電性低于或高于鋁液的時(shí)候，改變了孔徑的導(dǎo)電面積，導(dǎo)致電敏感區(qū)域的電阻發(fā)生變化。當(dāng)孔徑一定時(shí)，電脈沖幅度與非金屬雜質(zhì)體積有一定關(guān)系。在一定時(shí)間段內(nèi)，通過分析電脈沖的電流信號變化情況反應(yīng)通過小孔中鋁液電阻的變化，從而測得雜質(zhì)的數(shù)量和體積大小。

圖1 電敏感區(qū)法原理

2 試驗(yàn)裝置及方法

2.1 檢測裝置

基于以上測試原理設(shè)計(jì)了鋁液夾雜物在線檢測系統(tǒng)，它由檢測探頭、檢測電路、氣路、傳感器及信號實(shí)時(shí)處理五部分組成。檢測探頭由剛玉制作。檢測電路是由探頭內(nèi)外兩電極和恒壓輸出設(shè)備組成。氣路是來提供壓差，為鋁液在小孔中流動提供動力。傳感器是將顆粒尺寸信息轉(zhuǎn)化為電阻變化。信號實(shí)時(shí)處理是將微小的電阻變化轉(zhuǎn)換成為電流脈沖。檢測系統(tǒng)裝置簡圖如圖2所示。

2.2 試驗(yàn)條件及方法

20kW工業(yè)電阻爐，ZL101合金，99%純鎂。檢測溫度700℃～750℃，所配制鋁合金液的鎂含量分別為0.4%，0.8%，測試電壓1.0V，檢測系統(tǒng)的電流值每500毫秒由計(jì)算機(jī)自動記錄一次。

圖2 檢測系統(tǒng)裝置簡圖

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

按上述的試驗(yàn)條件及方法，對不同含鎂量鋁合金液進(jìn)行非金屬夾雜檢測，檢測結(jié)果如圖3、4所示。

圖3中最大檢測電流Imax=32A，電流值有較小波動，波動頻率低，最大波動值△Imax=1A，鋁合金液中非金屬夾雜數(shù)量少，體積小。

圖4中電流最大值Imax=30A，電流波動最大值出現(xiàn)在14s的△Imax=9A，在47s也出現(xiàn)較大電流值變化，其余檢測時(shí)間電流在不停的小幅度波動。此次檢測出存在大的夾雜，而小的夾雜自始至終一直存在。

圖3 含0.3%鎂檢測結(jié)果

圖4 含0.6%鎂檢測結(jié)果

在生產(chǎn)中, 由于鋁和氧的親和力很大, 極易氧化,鋁表面總是覆蓋著一層氧化膜。決定氧化膜保護(hù)性質(zhì)的因素有二。其一是元素或氧化膜本身的蒸氣壓,蒸氣壓越低、越穩(wěn)定, 保護(hù)性能越好; 二是元素氧化后體積的變化, 可用公式（1）表示:

式中：VMemOm——1摩爾氧化物的體積;

mVMe——m摩爾金屬的體積。

當(dāng)k≥1時(shí), 氧化膜中產(chǎn)生壓應(yīng)力, 由于氧化膜的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大, 在較高的壓力下氧化膜也不致破裂, 故氧化膜組織致密, 有保護(hù)金屬液的作用。在熔煉鋁合金時(shí), 鋁液氧化所形成的氧化鋁(α-Al2O3或γ-Al2O3) 的k值均大于l , 氧化鋁膜組織致密,隔斷了爐氣與鋁液的接觸, 阻滯了鋁液的氧化、吸氣。但是, Al2O3膜與空氣接觸的面吸附有水氣和氫,熔煉攪拌鋁液時(shí), 氧化膜被破壞, 從而卷人鋁液中,所吸附的水氣和氫一起進(jìn)人鋁液, 鋁液和水氣之間便發(fā)生反應(yīng), 使鋁液吸氫、氧化。

當(dāng)鋁中加人鎂時(shí), 由于鎂對氧的親和力比鋁大,在鋁液中是表面活性物質(zhì), 比重又比鋁小, 富集于鋁液表面,和爐氣接觸時(shí), 便優(yōu)先氧化如鋁液中鎂量超過1.0%時(shí),鋁液表面的氧化膜全部由MgO組成,它的蒸氣壓較高, 但k＜1,這層氧化膜（MgO）組織疏松, 對鋁液沒有保護(hù)作用, 使鋁液直接與大氣接觸,加劇鋁液吸氫[7]。隨著鎂含量的增加，電流值變化幅度增大，波動頻率加劇，鋁合金液中的氫含量增加，非金屬夾雜（Al2O3、MgO等）數(shù)量增大，雜質(zhì)體積變大。

粘度與溫度之間的關(guān)系—指數(shù)關(guān)系式或阿累尼烏斯表達(dá)式[8]：

式中：A——常數(shù)；

E——粘流活化能，J；

kB——波爾茲曼常數(shù)；

T——熱力學(xué)溫度，K。

合金粘度隨著溫度的升高而降低，升高溫度有利于克服熔體中質(zhì)點(diǎn)流動的能礙—粘流活化能。堿性熔渣粘度在高溫區(qū)域時(shí)，溫度降低粘度值稍有增大，但降至一定溫度粘度突然急劇增大，凝固過程的溫度范圍較窄。堿性渣的結(jié)晶性能強(qiáng)，在接近液相線溫度時(shí)仍有大量晶體析出，熔渣變成非均相使得粘度迅速增大。因?yàn)镸g化學(xué)性質(zhì)活潑，含量超過0.5%時(shí)容易氧化，生成的氧化鎂為堿性氧化物，其粘度隨溫度的升高而降低的很劇烈，而氧化鋁屬于兩性氧化物，相比氧化鎂來說，其粘度的降低不會很劇烈，所以加入鎂使合金中的氧化鎂增多而降低流動。溶液的導(dǎo)電率的影響因素：①可移動離子的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)；②離子所帶電荷數(shù)越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。粘度的增大使得鋁液的導(dǎo)電率降低，影響電流檢測值。鎂的加入導(dǎo)致鋁合金液中MgO增多，鋁液粘度升高，單位時(shí)間通過孔徑的鋁液量減少，降低非金屬夾雜進(jìn)入電敏感區(qū)域的機(jī)率，影響對鋁液純凈度的評估。

4 結(jié)論

（1）鎂含量增加導(dǎo)致鋁合金液吸氫，非金屬物夾雜增多，鋁液純凈度下降。

（2）鎂含量增加，MgO增多，鋁合金液粘度增大，檢測電流值降低，延長檢測時(shí)間能更好評估鋁合金液純凈度。

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The Inf uence Of ZL101 Aluminum Alloy Liquid Detection Of inclusion By Different Magnesium Content

YU HaiTao, ZhAO ZhongXing, ZhAO Hui, SUN JinGen

(Shenyang Ligong University, Shen Yang 110168, Liaoning China)

In the article,by the principle of electric resistance method of detecting the inclusion in the aluminum alloy liquid, with the change of magnesium content ,the influence of producing inclusion in the aluminum alloy has been analyzed. The results show that with the addition of magnesium content, by the detection of electric resistance method, the measured current value has decreased and the non-metallic inclusion has added in the aluminum alloy liquid.

magnesium;aluminum alloy;detection;inclusion

TG146.2+1；

A；

1006-9658（2012）05-0014-3

遼寧省教育廳科學(xué)基金資助項(xiàng)目

2012－08－23

稿件編號：1208－094

俞海濤（1987-），男，在讀碩士，研究方向：合金材料