铸造铝合金熔体净化技术及工艺进展杨途才

铸造铝合金熔体净化技术及工艺进展杨途才

文章首先简要分析了铝合金铸造中的熔体净化技术，在此基础上对铝合金熔体净化技术的工艺进展进行论述。期望通过本文的研究能够对铝合金铸造质量的提升有所帮助。

标签：铝合金熔体；铸造；净化技术

1铝合金铸造中的熔体净化技术分析

在对铝合金进行铸造的过程中，受熔炼工艺的影响，使得熔体当中不可避免地会存在一些气体、夹杂物及金属杂质等，由此可能会导致铸造出来的铝合金出现裂纹、气孔等质量缺陷，对铝合金制品的整体强度、抗蚀性以及外观品质会造成影响。熔体净化技术的出现，为这一问题的解决提供了途径，在铝合金铸造中，常用的熔體净化技术有两类，一类是吸附净化，另一类是非吸附净化。下面分别对这两类技术进行分析。

1.1吸附净化技术。

此类技术主要利用熔体与吸附剂进行直接接触，通过吸附剂的理化和机械作用，去除铝合金熔体当中的气体和杂质。具体包括以下几种方法：过滤法、气泡浮游法和溶剂法。

1.1.1过滤法。以具有一定活性的材料制成过滤容器，将铝合金熔体置于其中，从而将悬浮在熔体当中的固态夹杂物分离出来，进而达到净化的目的。这里所指的活性材料有陶瓷泡沫、玻璃丝布、微孔陶瓷管等等。在上述几种材料中，最为常用的是以玻璃丝布制作成的过滤网，其优点是制作成本低、结构简单、实用性强，但在实践中发现，这种净化方法存在一些不足，其中最为突出的是过滤效果的稳定性欠佳，在过滤时，只能凭借滤网的网眼将一些尺寸较大的夹杂物去除掉，而比较微小的夹杂物则很难有效去除，并且每个滤网仅能使用一次，不可以重复利用。陶瓷泡沫虽然净化效果比较好，并且使用也比较方便，但它的空隙率比较高，净化效率一般。陶瓷管具有良好的过滤除渣能力，可将小到微米级的夹杂物过滤掉，但这种方法只适用于高质量铝合金制品的生产。

1.1.2气泡浮游法。该方法也被称之为吹气法，可有效去除铝合金熔体当中的氢气，除此之外，在处理过程中，气泡上浮还可以吸附少部分氧化夹杂物，具有除杂的效果。该方法唯一的不足之处是气泡本身的尺寸以及具体的分布情况很难进行有效的控制。

1.1.3熔剂法。在对铝合金进行熔炼时，将特定的熔剂加入到熔体内部，通过理化作用去除熔体当中的气体和杂质。实践证明，这种方法可以对铝合金熔体进行有效的净化，但是，熔剂的加入却会使铝合金熔体受到二次污染。

1.2非吸附净化技术。

此类净化技术具体是指不依赖于吸附剂，利用真空等物理原理，改变金属与气体和夹杂物之间的平衡性，使后者从前者中分离出来。例如，真空净化法，该方法是按照氢气溶解度与分压的平方根关系作为基本原理，在真空环境下，铝吸气的倾向约等于零，而氢气在熔解的铝液当中具有析出的倾向性，在这一过程中，生成的气泡会将金属夹杂从铝液中带出，进而达到净化的目的。虽然这种方法具有净化效果好、对环境污染轻微等优点，但由于设备本身的造价过于昂贵，从而限制了其推广应用。

2铝合金熔体净化技术的工艺进展

近年来，随着科学技术的不但发展和完善，推动了铝合金铸造工艺的进步，与之相关的熔体净化技术也随之获得长足发展，一些新工艺的出现，克服了传统工艺的缺陷、弥补了不足之处，由此使得铝合金铸造质量得到大幅度提升。

2.1电磁净化技术。

由上文分析可知，传统的铝合金熔体净化技术在夹杂物的过滤上，只能达到微米级，并且过滤效率也不是很高。电磁净化技术是通过非金属夹杂物与液态金属间导电性的差异，将两者进行有效的分离。相关研究结果表明，在液态的铝合金当中，非金属夹杂物的电导率要小于金属熔液，也就是说，杂质受到的电磁力要比金属熔液小很多，不仅如此，杂质还会受到与电磁力作用方向相反的挤压力，在该挤压力的作用下，杂质会产生定向迁移，由此便可实现铝合金熔体净化的目的。业内的专家学者经过不断研究后发现，如果夹杂物与铝合金熔体的密度较为接近时，可通过两者之间的电磁性能差异将夹杂物从液态金属中分离出来，进而达到净化的目的。在应用电磁净化技术对铝合金熔体进行净化处理的过程中，通电时间、磁感应强度等参数对分离效率和分离效果具有一定程度的影响，通电的时间越长，磁感应的强度越大，分离效率和分离效果越好，反之则比较差。高频交变磁场是一种较为特殊的电磁场，它对铝合金熔体的净化效果更佳，试验结果显示，利用该磁场可以使氧化铝夹杂物的分离率达到95%以上。此外，当电流密度达到400A/时，只需要大约10s左右的时间，便可将铝合金熔体中95%以上的夹杂物去除掉。

2.2炉外在线净化技术。

相关研究结果表明，在铸造炉内对铝合金熔体进行净化处理的效果一般，而炉外在线净化技术可以较好地弥补这一缺陷。在线除气常用的方法有Air-Liquicle 法和MINT 法等等，这些方法都是利用特定的除气装置，并以氮气或氩气作为精炼气体，对铝合金熔体中的氢气进行去除，同时，还能达到一定的除渣效果。

2.3超声净化技术。

这是近年来出现的一项环境友好型技术，它在处理铝合金熔体的过程中，基

本不会对周围环境造成污染，具有良好的环境效益。该技术的原理是利用超声波振动，使铝合金熔体产生空穴，随着局部压强的改变，低压强能够使空穴中生成体积非常细小的气泡，而高压强则会使气泡破裂产生冲击波，当熔体当中的氢气和夹杂物扩散至气泡中后，会随着气泡的分离被去除掉。

结论

综上所述，在对铝合金进行铸造的过程中，由于受铸造工艺的影响，使得铝合金熔体当中不可避免地会存在一些气体和夹杂物，这在一定程度上影响了铝合金的铸造质量。通过净化技术可以将这些夹杂物和气体从铝合金熔体当中有效地去除掉，从而提高熔体的质量。在未来一段时期，应当加大对熔体净化技术的研究力度，除对现有的技术工艺进行改进和完善之外，还应开发一些新的技术，从而使其能够更好地为铝合金铸造业服务。

参考文献

[1]邱文庭.铝熔体净化用陶瓷过滤板碱、酸浸泡清洗技术应用实践[J].世界有色金属，2016（8）：93-94.

[2]麦顾严.浅谈提高铝熔体质量的措施[J].大众科技，2014（5）：65-67.

[3]邢清源.5356铝合金电磁连铸、净化和微合金化工艺研究[D].大连理工大学，2015.

[4]潘健.铝合金熔体超声波和旋转吹气复合除气技术研究[D].哈尔滨理工大学，2015.

基金项目：2017年地方高校广西壮族自治区级大学生创新创业训练计划项目（201710609106）