覃 銘 楊途才

（百色學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，百色 533000）

A356鋁合金熔體凈化處理及其機(jī)理研究

覃 銘 楊途才

（百色學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，百色 533000）

研究A356鋁合金熔體凈化處理及其機(jī)理，分析鋁液中的夾雜物，闡述雜質(zhì)對(duì)鋁合金的危害，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，介紹常用、高效的鋁合金熔體凈化處理的機(jī)理及主要方法，以提高鋁液的凈化水平，保證鋁合金鑄件質(zhì)量。

鋁合金 熔體凈化 凈化機(jī)理

引言

在鋁合金熔煉過程中，夾雜物的存在，使材料的有效使用面積減少，造成材料密度降低，材料內(nèi)部局部應(yīng)力集中，進(jìn)一步發(fā)展成為裂紋源，嚴(yán)重影響鋁合金的整體性能。對(duì)熔體進(jìn)行凈化處理，去除熔體中的夾渣、氣體等有害物質(zhì)，凈化鋁合金熔體，才能保證鋁合金鑄件質(zhì)量。

1 熔體凈化的主要方法

1.1 熔體凈化的分類

熔體凈化處理可分為爐內(nèi)處理和爐外處理。鋁合金爐內(nèi)處理的凈化機(jī)理可分為吸附凈化技術(shù)和非吸附凈化技術(shù)[1]。吸附法主要是利用精煉劑的機(jī)械和化學(xué)作用除去熔體中的氣體和夾渣，達(dá)到凈化爐體的作用。吸附凈化包括通入惰性氣體、活性氣體吹洗、混合氣體吹洗、溶劑法凈化等；非吸附凈化是利用物理原理將熔體中的渣排到熔體表面，以達(dá)到凈化熔體的目的，包括真空凈化處理法、超聲波凈化處理法、電磁凈化處理法等[2]。爐外凈化處理主要是通過過濾網(wǎng)或者過濾板的濾孔大小來控制熔體夾雜物的通過，是一種比較簡(jiǎn)單的凈化方法。

1.2 吸附法對(duì)熔體凈化效果的影響

1.2.1 氯鹽凈化法

氯鹽凈化法是將含氯的化合物用鐘罩壓入熔體中，使氯鹽與鋁液反應(yīng)，生成大量的揮發(fā)性氣體。熔體中的夾雜物被氣體吸附在表面，隨氣體上升到鋁液表面，形成大量的渣排出。六氯乙烷精煉是氯鹽凈化法中的一種方法，將六氯乙烷加入到反應(yīng)爐將發(fā)生如下反應(yīng)：

六氯乙烷反應(yīng)分解生成氯氣與液態(tài)反應(yīng)生成三氯化鋁，三氯化鋁與氫氣生成氯化氫，生成物都不溶于鋁熔體，既有物理作用，又有化學(xué)作用，對(duì)鋁液的凈化效果明顯[3]。采用氯鹽凈化法對(duì)熔體凈化的最大優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本低、除雜效果好。但是，氯鹽與鋁液反應(yīng)生成的Cl2與HCl，對(duì)人體和環(huán)境危害很大。同時(shí)，Cl2具有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)設(shè)備的損耗很大。

1.2.2 惰性氣體旋轉(zhuǎn)吹氣法

惰性氣體旋轉(zhuǎn)吹氣凈化技術(shù)是目前企業(yè)較為常用的爐體凈化處理技術(shù)[4]。通過對(duì)鋁合金熔體旋轉(zhuǎn)噴吹氣凈化技術(shù)的研究，向鋁合金熔體中通入惰性氣體（如Ar、N2，或混合惰性氣體）。由于惰性氣體不與鋁合金熔體反應(yīng)，高速噴入鋁液，產(chǎn)生大量細(xì)小的不溶于鋁液的氣泡，鋁液中的夾雜物被吸附在惰性氣體氣泡表面，隨氣泡上升到鋁液表面，形成渣撈出。同時(shí)，氣泡上浮的過程將把向其擴(kuò)散并進(jìn)入其中形成氣體分子的氫以氣體的形式帶走，進(jìn)入大氣，達(dá)到除去氫的效果[5]，進(jìn)而有效消除針孔。原理如圖1所示。

圖1 惰性氣體旋轉(zhuǎn)吹氣法原理

1.2.3 復(fù)合凈化法

傳統(tǒng)的熔體凈化就是往熔體中通入N2和打渣劑，使鋁液的渣上浮到鋁液表面，然后進(jìn)行打渣。這種方式具有一定的除雜效果，但除雜不完全。采用復(fù)合熔體凈化法則能更好地達(dá)到爐體凈化效果。該方法把過濾法、熔劑凈化法、旋轉(zhuǎn)吹氣法三種方法聯(lián)合起來，形成一個(gè)高效的熔體凈化系統(tǒng)，如圖2所示。向熔體中通入氮?dú)?，并在熔煉爐內(nèi)增加過濾裝置和熔劑，鋁液從前流槽流經(jīng)一級(jí)過濾板過濾、熔劑過濾層、二級(jí)過濾板、二級(jí)熔劑層、三級(jí)過濾板，最后從后流槽中流出的鋁液就非常干凈。這一過程包括熔劑凈化作用、過濾板過濾作用、氮?dú)獯迪磧艋饔茫訌?qiáng)了吸附除雜能力，除雜效果顯著提高。

圖2 鋁合金熔體復(fù)合凈化系統(tǒng)流程示意圖

2 非吸附凈化對(duì)熔體凈化效果的影響

非吸附法凈化利用物理方法對(duì)熔體進(jìn)行凈化，包括過濾或者自然靜置，達(dá)到凈化鋁液的目的。普通過濾法屬于爐外凈化處理中的一種方法，在鋁合金的凈化中普遍使用。爐外過濾法主要是在澆注口安裝過濾網(wǎng)，其除雜機(jī)理主要是機(jī)械和物理的作用，對(duì)金屬氧化物和粗大顆粒狀的非金屬夾雜物不溶物進(jìn)行攔截，對(duì)于非常細(xì)小的顆粒，凈化效果不明顯。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，采用爐外過濾凈化的同時(shí)，還應(yīng)該在爐內(nèi)采取相應(yīng)的熔劑凈化，才能保證熔體質(zhì)量。

研究結(jié)果表明，在鋁液傳輸過程中，新型的陶瓷材料能攔截顆粒狀不溶物，提高鋁液潔凈度，避免熔劑凈化給人類和環(huán)境帶來的污染。同時(shí)，采用氣體造浪攪拌代替人工攪拌設(shè)備，鋁合金熔體凈化效果更好。除此之外，熔煉溫度與保溫時(shí)間也影響鋁合金熔體凈化效果。鋁液靜置保溫，懸浮于鋁液之中的雜質(zhì)由于自身重力的作用往爐底下沉，達(dá)到渣液分離的作用。A356鋁合金熔煉的保溫靜置時(shí)間一般應(yīng)控制在15～30min，因?yàn)殇X合金熔煉過程是一個(gè)不斷吸氣過程，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，鋁液中的含氫量就會(huì)增加。

3 總結(jié)

凈化處理僅僅是熔煉過程中的一個(gè)不可或缺的工藝，鋁熔體處理還包括添加變質(zhì)劑和細(xì)化劑進(jìn)行變質(zhì)處理及鋁合金晶粒細(xì)化處理等。對(duì)于一些高性能鋁材，鋁液的凈化是獲得高性能鑄件的必要前提。

[1]白丹.鋁液凈化技術(shù)在我國(guó)鑄造企業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].鑄造技術(shù)，2013，（7）：875-877.

[2]周昆.鋁合金熔體凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].世界有色金屬，1997，（11）：1-5.

[3]張守魁，曹興言，劉伏梅，高友寬.吹氮精煉與六氯乙烷精煉的比較[J].熱加工工藝，1992，（5）：34-36.

[4]李杰華，郝啟堂.鋁合金熔體凈化技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2005，（6）：1-4.

[5]梁慧強(qiáng).鋁熔體凈化工藝的研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2005.

Purification Treatment and Its Mechanism of A356 Aluminum Alloy Melt

TAN Ming,YANG Tucai
(School of materials science and engineering, Baise University, Baise 533000)

Study of A356 aluminum alloy melt purification treatment and its mechanism and analysis of inclusions in molten aluminum, expounds the harm of the impurity of aluminium alloy, and combined with the actual production, the frequent and efficient aluminum alloy melt purification mechanism and the main methods to improve the aluminum liquid purification level, and ensure the quality of aluminum alloy castings.

aluminum alloy, melt purification, purification mechanism

1.2014廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2014AA01018）；2.2014廣西高校科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（ZD2014134）。