铝及铝合金熔体净化处理.doc
铝及铝合金的熔体净化(baidu)
夹杂物的生成途径主要是： • 从炉村中吸收杂质； • 从熔剂和熔炼添加剂中吸收杂质； • 从炉气中反应并吸收杂质； • 从炉料及炉渣中吸收杂质。
•夹杂物的危害
并不是熔体中的所有异物都是有害夹杂。金属中 非金属异质点的形态和大小，对金属性质有重要影 响。细小，弥散均匀分布的夹杂颗粒，在金属凝固 时，可以成为结晶的异质核心，同时也可以阻碍晶 粒的长大，起到细化晶粒的作用。所以高纯铝较一 般的工业纯铝更容易形成粗大晶粒。
• 非金属夹杂的种类很多，按其化学成分可分为氧 化物（FeO,SiO2,Al2O3,TiO2,MgO,ZnO等）；氮化 物（AlN,ZrN,TiN等）；硫化物（Ni3S2,CeS,Cu2S 等）；氯化物（NaCl,KCl,MgCl2等）；氟化物 （CaF2,NaF等）；硅酸盐（Al2O•SiO2等）。这些 夹杂以不同形态和大小分布在金属熔体中，对金 属性能产生不同影响。
铝及铝合金的熔体净化
• 有色金属及其合金熔体在熔炼过程存在气体、各 种非金属夹杂物等，影响金属的纯洁度,往往会使 产品产生气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷,影响铸 锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性、阳极 氧化性和外观质量。同时，在有色金属中除气体 和非金属夹杂之外，还含有少量的金属杂质，如 铝合金的钠、钙等低熔点金属。钠在含镁量高的 镁-铝系合金中易引起热裂敏感性，合金热轧时易 产生开裂，通常称之谓“钠脆性”，此外还影响 熔体的流动性和铸造性。
Al中Al2O3夹杂物的形态(两维）
Al中Al2O3夹杂物的形态(三维）
AlN
采用先进的测渣方法捕捉到的夹渣
Refractories
采用先进的测渣方法捕捉到的夹渣
• 夹杂物的来源与危害 • 杂质的吸收和积累主要是熔炼过程中，金属熔体
论述铝合金的熔体处理
论述铝合金的熔体处理1 前言铝及铝合金因其优异的性能被广泛应用于航天、航空、交通运输、建筑、包装、电子、印刷、装饰等众多国防和民用领域。
在金属材料中，铝合金的应用范围和用量仅次于铁，约占有色金属用量的1/3，随着铝及铝合金的大范围应用，对其性能要求也越来越高、越来越多样，而铝及铝合金的良好性能与其熔炼铸造是分不开的。
熔铸是铝加工的第一道工序，为后序的轧制、锻造、挤压等生产提供锭坯，铸锭质量的好坏直接与各种铝材的最终质量紧密相关，故要获得良好的构件，必须从熔体处理开始。
铝合金熔体净化处理是生产高质量的铝铸件的基本保证措施之一，也是提高铝合金综合性能的主要手段之一，对疏松、气孔、夹杂等的形成有重要影响，而且直接影响铝铸件的物理性能、机械性能以及使用性能。
2 熔体净化方法所谓净化处理就是就是采用各种措施使铝熔体中不希望存在的气体与固态物质降到所允许的范围以内，以确保材料的性能符合标准或某些特殊要求。
铝合金净化方法按其作用机理可分为吸附净化和非吸附净化两大基本类型。
2.1 吸附净化吸附净化主要是利用精炼剂的表面作用，当精炼剂（如各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质）在铝熔体中与氧化物夹杂或气体相接触时，杂质或气体被精炼剂吸附在其表面上，从而改变杂质的物理性质，随精炼剂一起被除去，以达到除气除杂的目的。
吸附净化的方法主要有：浮游法、熔剂法、过滤法等。
(1)浮游法浮游法也叫气体吹洗法，它是将气体通入到铝熔体内部，形成气泡，熔体中的氢在分压差的作用下扩散进这些气泡中，并随气泡的上浮而被排除，达到除气的目的。
浮游法主要包括惰性气体吹洗、活性气体吹洗混合气体吹洗以及氯盐净化等。
无毒精炼剂主要由硝酸盐等氧化剂和碳组成，在高温下反映生成氮气和二氧化碳都能起到精炼作用，由于其不产生刺激性气味的气体且精炼效果也好从而得到广泛应用。
(2)溶剂法熔剂法是在铝合金熔炼过程中，将熔剂加入到熔体内部，通过一系列物理化学作用，达到除气除杂的目的。
铝的熔炼净化
铝及铝合金的熔炼及净化铝合金的熔炼是一个繁杂的过程，它包括铝合金的熔化、合金化、成分调整和净化处理等工艺。
大体说来要经过以下程序：烘炉---- 使炉体充分干燥，防止使用时释放出水气而导致氢含量增加，特别是新炉更应彻底烘烤。
洗炉---- 如果炉子不是熔化某一合金专用的，从一种合金转到不同牌号的另一种合金时应彻底清洗，以免不同牌号合金的元素相互污染。
特别是熔炼某些高品位的合金制品时，应格外注意。
配料---- 优化配料，节省新料的用量。
这就要求废料严格按品位分类保管，存放处应保持清洁、干燥，切勿把水或其他杂物混入废料中。
来路不明的废料成分复杂，一般需复化后使用。
装炉---- 装料速度要快，减少热量散失。
先装小料、碎料，再装大块料。
易熔的在下，难溶的在上。
为防止炉料的烧损，有时要撒些覆盖剂在炉料上面。
熔化---- 其核心就是如何提高热效率，加快熔化速度，减少铝的烧损。
这已成为一个专门研究课题。
扒渣---- 如果浮渣较多，粘度较大，应加入适量打渣剂，减少渣中铝含量，松散铝渣容易扒出。
搅拌---- 搅拌有两个作用，一是使成分均匀，二是使温度均匀。
分析---- 确定熔体中已有的合金元素含量，取样应有代表性，真实性。
合金化—根据分析结果，不足的按计算量加入合金元素，超量的—如果不太多的话，可加铝冲淡分析---- 再次分析是为了确认合金化后的铝中，各合金元素是否达到要求。
没达到的组分要补足。
精练---- 此时应加入精练剂、打渣剂进行炉内净化处理。
如果静止后直接浇注，此时可加细化剂。
倒炉---- 熔炼好的铝熔体转移到静止炉中保温，熔化炉中喷撒清炉剂，除去炉壁和底部积渣。
炉外精练--- 铝熔体由静止炉出来，经由旋转除气、泡沫陶瓷板过滤等直达铸造台。
在铝熔体进入除气箱前加入AlTiB杆晶粒细化剂。
第一部分添加剂与铝合金的熔炼合金种类的多样性在纯铝中加入一定量不同种类的合金元素，就可以配制成各种不同的铝合金。
大多数金属元素在铝中的溶解度随温度升高而增加。
铝及铝合金的熔体净化及晶粒细化
铝及铝合金的熔体净化和晶粒细化摘要：综述了铝合金熔体净化的技术特点，重点分析了气泡浮游法、过滤法、熔剂法等几种常见的熔体吸附净化方法的工作原理和工艺改进，介绍了新型的旋转脉冲喷吹工艺、超声波净化工艺和电磁净化工艺，并展望了熔体净化工艺研究发展的趋势；综述了晶粒细化剂的发展历史及细化剂的细化机理和各种细化剂的比较，并着重介绍了新一代的Al-Ti-C晶粒细化剂。
关键词：铝合金；熔体净化；细化剂；细化机理1综述近年来铝合金材料大致向两个方向发展：一是发展高强高韧等高性能铝合金新材料，以满足航空航天等军事工业和特殊工业部门的需要；二是发展一系列可以满足各种条件用途的民用铝合金新材料。
与国外相比，我国铝合金研究的整体水平还比较落后，基础理论研究和技术装备水平及其完善程度都与国外的差距很大。
目前，铝合金研究的重点之一是研究和采用各种先进的熔体净化与变质处理方法，去除铝液中的气体和夹杂物，降低杂质含量，提高铝熔体的纯度，细化铝的晶粒从而改善铝合金的性能。
这也是可持续发展战略中废铝回收亟待解决的技术难题。
熔体净化是保证铝合金材料冶金质量的关键技术，引起企业界的广泛关注。
铝合金熔体净化的目的，主要是降低熔体中的含气量和非金属夹杂物含量。
对熔体纯洁度的要求，一般铝合金制品的含气量应小于0.15ml/100gAl，特殊的航空材料要求在0.10ml/100gAl以下；钠含量应在5ppm以下；非金属夹杂物不允许有1～5Lm尺寸的颗粒和聚集物，夹杂物含量越低越好。
可见，对铝合金熔体的纯洁度要求是非常严格的。
要达到上述要求，需采用各种先进的净化处理技术。
铝及其合金组织的微细化，可显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能。
晶粒细化处理是使铝及其合金组织微细化，获取优质铝锭，改善铝材质量的重要途径。
铝加工工业的迅速发展促进了各种铝晶粒细化剂的开发与生产。
本文将在初步总结和分析国内外熔体净化和晶粒细化剂生产实践及文献资料的基础上，较全面地讨论各种铝合金熔体净化技术及其发展趋势，讨论各种晶粒细化剂及发展趋势。
铝及铝合金熔体净化处理
铝及铝合金熔体净化处理铝料的表面都有一层厚薄不均的氧化膜，有时还吸附水分，夹杂灰沙，粘有油污，涂有油漆等。
在熔化时，铝料在高温环境中进一步氧化，氧化膜厚度增加，并与气氛中的水分起化学反应，生成氧化铝和氢，使氧化夹杂和气体含量增加。
所以，铝料熔化以后，必须进行净化处理，以清除铝液内部的杂质和气体。
用于净化铝液的物质统称为熔剂。
熔剂在室温多数是固体或气体，也有个别熔剂是液体，如CCl4。
固体熔剂的优点是体积小，容易运输和储存，但都具有较强的吸湿性，必须密封包装。
为了提高固体熔剂的净化效果，可将熔剂压紧成紧密小块用铝箔包裹，放入长柄的钻孔容器内插入熔池底部。
对以NaCl和KCl的混合盐为基体的熔剂，可先按配比将混合盐熔化后，加入难熔组分，例如Na3AlF6，经搅拌冷却后注入密封铁箱内。
熔剂使用前应存放在室温较高的干燥地点，如熔炉旁，以防受潮。
在熔炉内施加覆盖熔剂，可以减少熔化消耗，阻止铝液从炉膛气氛中吸收气体，但覆盖熔剂的耗用量大(约相当于铝料重量的10%)，使生产成本提高，中小型铝加工厂一般不采用。
净化熔剂的使用通常是在铝料熔化以后将按配比混合的粉状熔剂撒在熔池表面，然后用长柄工具搅动铝液促使灰渣上浮。
在搅动过程中，部分熔剂加入熔池内部，与铝液发生化学反应，生成不溶于铝的气态物质，在气泡上升过程中起除气和除灰的作用。
使用较多的一种熔剂是2份冰晶石与1份氯化铵混合的粉末，其净化铝液时的化学反应如下：Na3AlF6＋Al→2AlF3＋3NaNH4Cl＋2Al→AlN＋AlCl＋2H2AlF3＋2Al→3AlFAlCl3＋2Al→3AlCl6AlF＋3O2→2Al2O3＋2AlF36AlCl＋3O2→2Al2O3＋2AlCl3以上化学反应中所生成的Al2O3，AlN和H2，连同铝液中原有的Al2O3和H2一起被AlF3和AlCl3气泡带出液面。
有时也用Na2SiF6作为熔剂，但其净化效果不如Na3AlF6。
铝及铝合金熔体净化方法研究
铝及铝合金熔体净化方法研究摘要：论述了国内外铝合金熔体净化工艺和净化剂的研究现状，并简要介绍了我国铝合金净化的行业现状，提出了铝熔体提高净化效果的主要途径及发展方向。
本文同时介绍了铝及铝合金熔炼过程中铝熔体中存在的可溶的和不溶的杂质氢及氧化物夹杂及其所造成的冶金缺陷，论述了铝熔体净化处理的重要性，分析了传统的铝熔体炉内分批净化处理所存在的不足，说明了先进的净化处理工艺产生的背景，从理论上阐明了铝熔体净化的机理，详细地分析了这些先进的净化处理工艺与设备的特点、处理效果及所存在的问题，指出了铝熔体净化处理工艺的发展方向。
关键词：熔体净化铝合金1 引言在航空航天等国防技术领域，大型铝合金构件的应用越来越多，对构件的要求越来越高，除了要保证其化学成分、力学性能和尺寸精度外，还不允许铸件有缩孔、气孔、渗漏、夹渣等缺陷。
铝合金熔体净化处理是生产高质量的铝铸件的基本保证措施之一，也是提高铝合金综合性能的主要手段。
铝合金熔体精炼效果对疏松、气孔、夹杂等的形成有重要影响，且直接影响铝铸件的物理性能、力学性能以及使用性能。
没有高质量的铝合金熔液，即使以后的变质、晶粒细化处理再有效，加工成形控制再先进，采取合理的铸造工艺以及热处理工艺，缺陷一旦从开始就产生，仍然会顽固地存在、难以弥补，高质量的铸件也是很难想象的。
因此，人们非常重视铸造铝合金熔体中的气体和夹杂物，并采取各种铝合金熔体净化措施排除气体和夹杂物[1-3]。
目前，铝合金熔体纯净化和均质细晶化的综合处理，被认为是获得优质铝合金必须解决的共性技术基础问题。
有许多相关的研究如：各种铝熔体除气去渣的净化方法（物理的和化学的），各种电、磁场对熔体的处理方法，研究合金熔体的结构及熔体的热历史对凝固组织的影响，快速凝固粉末冶金铝合金的研究等等。
铝合金熔体净化处理按处理所处的生产环节的不同，可将其分为炉内处理和炉外处理两大类。
铝合金熔体炉内净化技术按照净化作用的机理又可以分为吸附净化处理技术和非吸附净化处理技术。
铝合金熔体过滤净化技术
铝合金熔体过滤净化技术类型：点击次数：1306金属中的夹杂物、气体对材料的强度疲劳抗力、耐腐蚀性、应力腐蚀开裂性能等均有重大影响。
有效地控制熔体的氧化夹杂物，以提高铸棒和轧板的质量已成为各国冶金、铸造及材料丁业共同追求的目标。
目前广泛采用过滤净化方法去除铝合金熔体中的夹杂物。
１铝合金中夹杂物的形成铝合金中的夹杂物一部分直接来自炉料，而大部分则是在熔炼和浇注过程中所形成的，主要是氧化物夹杂。
在铸造前的所有夹杂物称为一次氧化夹杂，根据尺寸大小可分为两类：一类是宏观组织中分布不均匀的大块夹杂物，它使合金组织不连续，降低铸件的致密性，成为腐蚀的根源和裂纹源，从而明显降低合金的强度和塑性；另一类是细小的弥散夹杂，这类夹杂物经过精炼也不能完全去除，它使金属熔体粘度增大，降低凝固时铝液的补缩能力。
二次氧化夹杂物主要是在浇注过程中形成的，在浇注时，铝液和空气接触，氧与铝作用形成氧化夹杂物。
铝合金在熔炼过程中与炉气中各种成分接触，生成AL2O3等化合物。
铝液中的Al2O3会增加铝合余熔体的氢含量，所以，铝液中的AL2O3(含量对铝铸件中气孔的形成有很大的影响。
2 过滤净化方法泡沫陶瓷过滤技术于20世纪70年代问世，在美国、加拿大、日本、法国、澳大利亚、瑞士等同家迅速得到广泛应用。
采用泡沫陶瓷过滤板过滤口前是清除铝熔体中夹杂的最有效方法。
近年来，国内外还研究厂一些净化铝液的新技术，如真空动态处理、超声波连续去气净化和刚玉质陶瓷过滤器，收到了很好的效果。
但这些工艺方法较为复杂，成本很高，难以在上业牛产中大量推广。
至于金属过滤网、纤维布过滤，只能除去铝合金熔体中的大块夹杂，但对微米级以下的夹杂无法去除，而且金属滤网还会污染铝合金。
采用泡沫陶瓷过滤板，能滤除细小夹杂物，显著提高铸件的力学性能和外观质量。
３过滤原理泡沫陶瓷过滤板具有多层网络、多维通孔，孔与孔之间连通。
过滤时，铝液携带夹杂物沿曲折的通道和孔隙流动，与过滤板泡沫状骨架接触时受到直接拦截、吸附、沉积等作用。
铝合金熔体过滤净化技术
∙铝合金熔体过滤净化技术∙发布时间:2010-1-25 14:13:43 来源：互联网文字【大中小】∙金属中的夹杂物、气体对材料的强度疲劳抗力、耐腐蚀性、应力腐蚀开裂性能等均有重大影响。
有效地控制熔体的氧化夹杂物，以提高铸棒的质量是铝业熔铸共同追求的目标。
目前,广泛采用过滤净化方法去除铝合金熔体中的夹杂物。
1.铝合金中夹杂物的形成铝合金中的夹杂物一部分直接来自废料，而大部分则是在熔炼和浇注过程中所形成的，主要是氧化物夹杂。
在铸造前的所有夹杂物称为一次氧化夹杂，根据尺寸大小可分为两类：一类是宏观组织中分布不均匀的大块夹杂物，它使合金组织不连续，降低铸件的致密性，成为腐蚀的根源和裂纹源，从而明显降低合金的强度和塑性；另一类是细小的弥散夹杂，这类夹杂物经过精炼也不能完全去除，它使熔体粘度增大，降低凝固时铝液的补缩能力。
二次氧化夹杂物主要是在浇注过程中形成的，在浇注时，铝液和空气接触，氧与铝作用形成氧化夹杂物。
铝合金在熔炼过程中与炉气中各种成分接触，生成AL2O3等化合物。
铝液中的Al2O3会增加铝合金熔体的氢含量，所以，铝液中的AL2O3含量对铝铸件中气孔的形成有很大的影响。
2.过滤净化方法泡沫陶瓷过滤技术出现于20世纪70年代,采用泡沫陶瓷过滤板是清除铝熔体中夹杂的最有效方法。
至于金属过滤网、纤维布过滤，只能除去铝合金熔体中的大块夹杂物，但对微米级以下的夹杂物无法去除，而且金属滤网还会污染铝合金。
采用泡沫陶瓷过滤板，能滤除细小夹杂物，显着提高铸件的力学性能和外观质量，是熔铸车间的首要选择。
3.过滤板的使用和选择泡沫陶瓷过滤板安装在炉口与分流盘之间的过滤箱里，过滤箱由“中耐五号”耐火材料制成，它能经过于多次激冷激热而不开裂，有着强度高、保温性能好等优点，是目前制作过滤箱、流槽等最好的材料。
过滤箱离分流盘越近越好，原因是这样能缩短铝液过滤后的流动距离而减少或避免氧化物的再次产生。
铝液从炉口流出经过过滤箱，再通过流槽流入分流盘。
铝合金液净化除气及熔体处理概述
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针孔
化合态
熔体测氢含量
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铝熔体测氢含量方法
直接法 间接法
减压凝固检验法
优点： 设备简单、快速； 装置维护也比较简单； 缺点： 灵敏度较低； 结果是铝合金熔体中 含氢量与夹杂物含量 的综合反映。
6
铝合金熔体中的夹杂物含量与 含氢量具有很大的相关性
7
旋转喷吹除气法
分压差脱气原理
借助于专门设计的吹头向金属液 中通入惰性气体，通过吹头的旋转作 用，在熔体深处形成快速运动的气、 水涡流，使气泡尺寸变得细小、分布 均匀，从而实现浮游精炼的目的。
• Al-Ti-B-RE（有前景） RE---具有变质、精练、净化、除气等作用
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• 目的：改变共晶硅形貌和尺寸的过程。 使共晶硅由粗大的针、板状变成细小的纤维状或层片状。
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• 初晶Si变质处理 P--- AlP可以作为Al-Si合金初晶Si结晶的异质核心 低熔点P-Cu 中间合金--- “绿色变质剂” • 共晶Si变质处理 Sr---以Al-Sr 形式加入，影响共晶Si的生长以达变质效果 缺点：变质过程有严重的吸气倾向，合金容易产生疏松，使 铸件的致密性有所降低。
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净化 除气
气体（H2） 检测---减压 凝固
熔体 处理
细化处理
除气---旋转 喷吹
变质处理
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• • • • • • • • •
叶锦华. 含氢量对铝合金致密性检测的影响[D].沈阳理工大学，2008. 贾征，张志强，乐启炽，崔建忠. 铝、镁合金中氢含量检测方法研究进展[J]. 特种铸造及有色合金，2011，06:571-575. 黄良余，张少宗. 铝合金熔体处理及炉料处理的若干问题——铝合金熔体处理 部分[J]. 特种铸造及有色合金，2001，04:36-39+1-0. 李杰华. 铝合金熔体旋转喷吹除气净化技术的研究[D].西北工业大学，2006. 闫红涛. 铝熔体除氢净化理论与工艺的研究[D].中南大学，2007. 李西前. 铝熔体快速定量测氢系统的研究开发及应用[D].华中科技大学，2006. 袁灿. 熔体处理对356合金凝固特性的影响[D].南京航空航天大学，2012. 孙小平，石路，管仁国，王顺成，戚文军. 铝合金晶粒细化的研究进展与发展 趋势[J]. 有色矿冶，2010，05:32-35. 卫少波，王璠，牛志鹏，祁晓乾. 铝合金晶粒细化剂的研究进展[J]. 铸造技术， 2013，01:89-91.
铝熔体净化方法
铝熔体净化方法之过滤法
过滤法主要是让铝熔体通过中性或活性材料制造的过滤器，以分离悬浮在熔体中的固态夹杂物的净化方法。
该法主要去除熔体中的夹杂物，对除氢效果甚微，所以在实际应用中，过滤法往往与吹气法相结合运用。
过滤方式有多种，效果最好的有刚玉过滤管和泡沫陶瓷过滤板。
刚玉过滤管效率高，但价格昂贵、使用不方便；泡沫陶瓷过滤板是近几年发展起来的新型陶瓷过滤材料，它的特点是使用方便、过滤效果好、价格低，在世界广泛使用，发达国家50%以上的铝合金熔体都采用泡沫陶瓷过滤板过滤。
目前，一般采用箱式泡沫陶瓷过滤板技术的较多，他是一套带有气体预热盖系统的过滤箱。
铝液从过滤板通过时，熔体中的夹杂物经过过滤器机械阻隔而达到排除分离的目的。
这种方式过滤效果好，其过滤精度可为2µm，过滤效率达99%。
浅谈铝及铝合金熔体中的熔体净化方法
浅谈铝及铝合金熔体中的熔体净化方法来源：艾特贸易网熔体净化就是利用物理化学的方法和相应的工艺措施，除掉液态金属中各种杂质以获得成分符合要求的金属熔体的工艺方法。
随着铝合金应用领域越来越广泛以及高性能铝合金的研制与问世，对铝合金熔体的净化技术提出了越来越高的要求。
铝熔体净化的方法很多，不同的方法有各自的优缺点，实际生产中应根据原料所含杂质情况及对产品的质量要求进行合理选择。
如果按净化工序所在位置，铝熔体净化方法可分为炉内精炼和炉外净化过程。
炉外净化过程也称在线精炼，就是从熔炼炉流放出的金属熔体在铸造成形之前进行的连续净化处理。
因为铝合金熔体炉内处理，在熔体转注过程中又有二次污染的可能，为了提高净化处理的效果和保证熔体成形前的质量稳定可靠，炉外连续净化处理得到了迅速发展。
根据对铸锭质量的要求，炉外在线精炼可选择采用以脱气为主、以除去非金属夹杂为主或同时兼顾脱气和除渣等不同工艺。
目前方法主要有：玻璃丝布过滤法、泡沫陶瓷过滤法、无烟连续脱气和净化法、旋转喷嘴惰性气体浮选法。
如果按净化处理的主要杂质种类，铝熔体净化方法可分为除渣精炼和脱气精炼。
(1)铝熔体的除渣精炼。
铝合金中的非金属夹杂主要是氧化物、氯化物、氮化物、硫化物以及硅酸盐等，它们大都以颗粒或薄膜状的独立相存在，对铝合金及制品性质产生很大的影响。
目前，普遍采用的除渣精炼方法主要有静置澄清法、浮选法、过滤法和熔剂法。
前三者分别利用密度差、吸附作用以及机械过滤作用的原理进行除渣。
而熔剂净化法则是在熔体中加入适当的熔剂，与熔体中的杂质发生物理化学反应，生成轻质固相组分进入渣中，在除渣操作中予以排除，使熔体得以净化。
(2)铝熔体的脱气精炼。
铝合金熔体中的气体主要是氢、氧、氮三种气体，而氢占80%~85%，因此，脱气精炼主要是指从熔体中去除氢气。
在熔炼过程中，必须尽可能地降低熔体中的氢含量，否则在铝合金制品中会出现气孔、缩孔、疏松等缺陷，影响制品的使用性能。
铝合金熔炼和净化
4AL+3O2=2A2O3
3H2O+2AL=AL2O3+6[H]
金属中的气体主要是氢、氧、氮三种，氢占85％以上，是在金属熔炼和浇
注过程中从外界吸收了气体，在凝固过程中来不及析出而以气孔、针眼形式
存在铸件中。来源主要是水汽，其次是燃料中未充分燃烧的碳氢化合物及燃
料ALO中(次其氧它化有铝机)物等和多铝种锈结。构氧变和体水，蒸大气部是分铝氧的化强物氧的化比剂重，与生铝成溶A体L2的O3比及重AL接2O近，
关。
7
• 表面张力：作用在液体表面，并力图使表面自动收缩的力。与本身性质(对液 态金属主要是成份和温度)、接触相的性质有关。是液态金属的重要物理特性 之一。影响润湿、毛细、内吸附等现象的发生。
• 润湿：液体在固体或液体表面铺展的性质。如接触面有扩大的趋势称润湿。 如液体成球形，在固体或液体表面不能铺开，接触面有收缩趋势称不润湿。 润湿角小于90度表示能润湿。
不致易密分地离覆排盖除在。表铝面合阻金止加继热续过氧程化中，表但面当氧温化度随超温过度90升0摄高氏而度加时剧其，致生密成成的度A显L2O著3
下降，氧化加剧。氢降低流动性，影响气密和机械性能。氢主要以原子状态
溶于铝溶体中，还以分子状态吸附在杂质上，与氧化物密切相关。溶池低部
的氧化夹杂物和含气量高于上部。氧化物由于比重接近铝溶体，其碎片在铝
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• ZL101合金是典型的铝-硅-镁系合金，因含硅量为6.0-8.0％为亚 共晶成分，组织为α+（α+Si）共晶组织。实际上ZL101合金为三 元硅和合镁金在，α在固形溶成体（中A都L+S有i+很Mg大2S的i）溶三解元度元。共0晶.2-的0.4温％度的（镁5都59可℃以）溶时， 入α固溶体中。当温度降低时，溶解度下降，室温时溶解度接近 于溶铸溶零体造体。条中+（所 件 ，α以 下 组+S随 由 织i）着 于 为共温 冷α晶固度 却体溶的速+体M下度+g降大（2Si，，α。+会M如Si）g有有2S共M杂i来晶g质2有S体铁i及析的时析出亚还。出共有，平晶A衡ML组4g组S都织i2织F溶。e为相于经α。α热固固在 处理工艺升到520-530℃使α固溶体中溶入较多的硅、镁，然后 淬火得到过饱和的α固溶体。再经时效处理使过饱和的硅、镁在 较低温度下析出，形成弥散的颗粒状的Mg2Si强化合金。
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铝及铝合金熔体净化处理铝料的表面都有一层厚薄不均的氧化膜，有时还吸附水分，夹杂灰沙，粘有油污，涂有油漆等。
在熔化时，铝料在高温环境中进一步氧化，氧化膜厚度增加，并与气氛中的水分起化学反应，生成氧化铝和氢，使氧化夹杂和气体含量增加。
所以，铝料熔化以后，必须进行净化处理，以清除铝液内部的杂质和气体。
用于净化铝液的物质统称为熔剂。
熔剂在室温多数是固体或气体，也有个别熔剂是液体，如CCl4。
固体熔剂的优点是体积小，容易运输和储存，但都具有较强的吸湿性，必须密封包装。
为了提高固体熔剂的净化效果，可将熔剂压紧成紧密小块用铝箔包裹，放入长柄的钻孔容器内插入熔池底部。
对以NaCl和KCl的混合盐为基体的熔剂，可先按配比将混合盐熔化后，加入难熔组分，例如Na3AlF6，经搅拌冷却后注入密封铁箱内。
熔剂使用前应存放在室温较高的干燥地点，如熔炉旁，以防受潮。
在熔炉内施加覆盖熔剂，可以减少熔化消耗，阻止铝液从炉膛气氛中吸收气体，但覆盖熔剂的耗用量大(约相当于铝料重量的10%)，使生产成本提高，中小型铝加工厂一般不采用。
净化熔剂的使用通常是在铝料熔化以后将按配比混合的粉状熔剂撒在熔池表面，然后用长柄工具搅动铝液促使灰渣上浮。
在搅动过程中，部分熔剂加入熔池内部，与铝液发生化学反应，生成不溶于铝的气态物质，在气泡上升过程中起除气和除灰的作用。
使用较多的一种熔剂是2份冰晶石与1份氯化铵混合的粉末，其净化铝液时的化学反应如下：Na3AlF6＋Al→2AlF3＋3NaNH4Cl＋2Al→AlN＋AlCl＋2H2AlF3＋2Al→3AlFAlCl3＋2Al→3AlCl6AlF＋3O2→2Al2O3＋2AlF36AlCl＋3O2→2Al2O3＋2AlCl3以上化学反应中所生成的Al2O3，AlN和H2，连同铝液中原有的Al2O3和H2一起被AlF3和AlCl3气泡带出液面。
有时也用Na2SiF6作为熔剂，但其净化效果不如Na3AlF6。
用Na2SiF6作熔剂时的化学反应如下：Na2SiF6＋2Al→2AlF＋2Na＋SiNa2SiF6＋2Al→2NaF＋SiF43SiF4＋2Al2O3→3SiO2+4AlF3以以NaCl和KCl的混合盐为基体的熔剂成分为1、铝合金中气体的来源熔炼铝合金过程中，从大气、燃料、炉料、耐火材料、熔剂、熔铸工具等带入的气体种类较多，如：H2、CO2、CO、N2、C n H n(碳氢化合物)、H2O和O2等。
但只有那些容易分解成原子的气体，才能有较多的数量溶入铝液中去。
具体说，铝液所溶解的气体中80～90%是氢。
所以铝合金中的含气量，主要是指含氢量。
熔炼时周围空气中的氢气含量并不多，所以氢的主要来源是通过水分与铝液反应而产生的氢原子。
2Al＋3H2O＝Al2O3＋6[H ]。
这种原子态氢，一部分跑到大气中，一部分就进入铝液中。
实践证明，不同的季节和地区，因空气的湿度不同，铸锭中的气体含量也随之而异，其含气量随空气湿度的增大而增加。
1.2 影响气体含量的因素(1)合金元素的影响：与气体结合力较大的合金元素，如钛、锆、镁等会使合金中的气体溶解度增大，而铜、硅、锰、锌等合金元素可降低铝合金中气体的溶解度。
(2)气体分压的影响：在温度相同的条件下，气体在金属中的溶解度随炉气成分中的氢气分压增大而增大。
故火焰炉熔炼的铝熔体中的氢溶解度比电炉中的大。
(3)温度的影响：在氢分压一定时，温度越高铝熔体吸收的氢也越多。
此外，金属表面氧化膜状态及熔炼时间对气体在铝熔体中的溶解度也有影响。
2、铝液中的夹杂物液态铝与氧气、氮气、硫、碳等元素发生化学反应而生成的化合物及混入的其它夹杂物中，以氧化夹杂物(Al2O3)对金属的污染最大。
一般在铸锭中氧化夹杂物的总量占0.002%～0.02%。
铝合金中夹杂物的来源：(1)铝合金在熔化状态时表面与炉气中氧化性气体作用而生成的氧化物，如Al2O3等。
这种氧化膜在铝液表面可以保护铝液不再被氧化。
但这种表面膜一旦破裂便裹入铝液中，因Al2O3熔点高(2050℃)、密度(3.5~4.0)比铝液大，不上浮，故易在铸件中形成氧化物夹杂。
(2)炉料中所含氧化物也是合金中氧化物夹杂的一个重要来源。
如铝锭、中间合金等原含有Al2O3等夹杂物，铝锭表面的铝锈Al(OH)3等，在熔炼时都能直接污染铝液。
铝合金中与氧亲和力小于铝的合金元素，如硅、锌、铜等，在氧化薄膜的保护下不易氧化，即使有少量的元素被氧化了，得到的氧化物也较致密，不破坏氧化铝膜的连续性。
所以铝－硅、铝－铜、铝－锌类合金在大气下熔炼不用加覆盖剂。
铝合金中对氧亲和力对于铝的元素是镁。
镁比铝轻，比铝更容易氧化。
氧化后生成的氧化镁，本身不致密又能破坏致密的氧化铝薄膜。
由于镁能破坏氧化铝薄膜的保护作用，所以熔炼铝镁类合金时，要在熔剂法规下进行。
.3、铝及铝合金熔体净化处理一般所谓“去气”是指去除合金中的气体，“精炼”是指去除合金中的夹杂物。
去气精炼的目的就是清除或尽量降低氧化物夹杂和气体，以提高金属的净化程度。
故去气和精炼通常统称净化处理。
对铝合金熔体纯净度的要求，一般是由于品种和用途的不同有一定的差别。
通常含氢量要求小于0.2ml/100gAl，但对于特殊要求的航空材料应在0.1ml/100gAl以下。
非金属夹杂物由于检测时不能精确定量，就很难有定量要求。
铝及铝合金的净化方法很多，大体可归纳为炉内净化和炉外净化两类。
目前国内普遍采用N2－Cl2混合气体及熔剂精炼，陶瓷片过滤净化方法。
一些大、中型铝加工厂还引进了在线处理装置，如SNIF(Spinning Nozzle Inert Flotation)、MINT(Melt In-Line Treatment system)等，使熔体质量进一步提高。
3.1炉内净化处理1、氮气净化：氮气化学性质不活泼，在精炼温度下与铝液及其它溶解的气体不发生化学反应，也不溶于铝熔体中。
把氮气通入铝液能形成大量气泡。
在这些氮气气泡中氢分压等于零，因此熔体中的氢会向气泡扩散，从而去除了熔体中的气体。
在气泡上浮过程中，遇到夹杂物时，由于表面张力的作用，夹杂物就粘附在气泡表面上，最后气泡把夹杂物带到液面的渣中。
由此可见，在去除气体的同时也清除了夹杂物。
用氮气去气精炼，精炼温度应控制在690～710℃范围内，温度过高，氮气可能与铝起化学反应。
氮气压力控制在10～15kPa范围内。
含镁的合金不宜采用氮气净化，因为精炼温度下能生成Mg3N2，影响合金质量，同时氮的除气作用并不完全。
2、氯气净化：氯气不溶于铝合金熔体，但能与铝生成氯化铝。
2Al＋3Cl2＝2AlCl3↑氯气还能与合金中的氢发生反应，生成易挥发的氯化氢。
Cl2＋2[H]＝2HCl↑。
也有部分氯气以气态逸出。
这些气体都以气泡形式从铝液中浮起，起去气除渣的作用，净化效果好。
但氯气有毒，有害于人体健康，对周围设备腐蚀严重，为此必须有完好的通风防护设备。
3、混合气体精炼：但用氮气净化效果差，用氯气又对环境和设备有害，所以目前多采用混合气体净化，以提高净化效果，减少其有害作用。
混合气体有两气体混合：N2－Cl2(9:1或8:2)或三气体混合：N2－Cl2－CO(8:1:1)。
在铝液中的反应如下：2Al2O3＋6Cl2＝4AlCl3↑＋3O2↑3O2＋6CO＝6CO2↑Al2O3＋3Cl2＋3CO＝2AlCl3↑＋3CO2↑AlCl3和3CO2都有精炼作用，又能部分分解Al2O3，所以明显提高净化效果。
4、熔剂净化：熔剂精炼作用主要是通过与熔剂中的氧化夹杂物发生吸附和溶解作用而实现。
常用的精炼剂以氯化物为基础，加入氟化物，如CaF2、Na3AlF6等来吸附、溶解Al2O3，以最大净化效果。
常用的熔剂成分及用途如下。
它们能够清除氧化夹杂，也可以去除一些气体，但不彻底。
精炼时，先调整铝液温度到高于浇注温度20～30℃。
把熔剂撒在铝合金熔体表面，由于铝合金使用的熔剂密度比铝液小，它们都浮在上面。
搅拌5～10min，搅拌后再静置5～10min，然后清除合金上面的渣并撒上覆盖剂，精炼完毕即可浇注。
5、氯盐净化：氯盐净化的原理是利用它们和铝反应生成不溶于铝液的低沸点化合物(如AlCl3沸点182.7℃)，在铝液中形成气泡，上浮时起去气、清除杂质的作用。
常用的氯盐有氯化锌(ZnCl2)、氯化锰(MnCl2)、六氯乙烷(C2Cl6)、四氯化碳(CCl4)、四氯化钛(TiCl4)等，在熔体中的反应如下：2ZnCl2＋2Al＝2AlCl3↑＋3Zn2MnCl2＋2Al＝2AlCl3↑＋3Mn3C2Cl6＋2Al＝3C2Cl4↑＋2AlCl3↑3TiCl4＋4Al＝4AlCl3↑＋3Ti用氯盐精炼的缺点是产生刺激性气体，恶化劳动条件，而且对设备有严重腐蚀作用。
近年来有的工厂采用以硝酸盐为主的无毒精炼剂。
典型的配方如下。
在铝熔体中无毒精炼剂发生下列反应：4NaNO3＋5C＝2NaCO3＋2N2↑＋3CO2↑。
N2和CO2都不溶于铝液，在上浮时起精炼作用。
精炼剂中Na3AlF6、Na2SlF6既起精炼作用，也起缓冲作用。
N2和CO2等没有刺激性，改善了劳动条件。
无毒精炼剂配方6、真空净化：真空净化是把铝液放在真空罐中，再通过真空设备把真空罐抽成一定真空度。
在真空下铝液吸气的倾向趋于零，而且溶解在铝液中的氢有强烈的析出倾向，生成的气泡在上浮过程中将氧化物夹杂带出铝液，使铝锭得到净化。
实践证明，真空处理去气效果很好，但去除杂质的作用很小。
3.2炉外净化处理1、玻璃丝布过滤：玻璃丝布过滤铝熔体在国外已广泛应用。
该法是让熔体通过玻璃丝布过滤器，使夹杂受到机械阻隔而过滤。
过滤网尺寸通常为0.6mm×0.6mm×1.7mm，可安放于静置炉与结晶槽之间的任何熔体通过的部位。
但玻璃丝布只能除去尺寸较大的夹杂，对微小夹杂无效并且只能使用一次。
2、陶瓷过滤器过滤：刚玉微孔陶瓷管过滤装置中装有外径100mm，内径60mm，长500～900mm的陶瓷过滤管数根。
铝熔体通过陶瓷管大小不等、曲折的微细孔道，熔体中的杂质被阻碍、沉降及介质表面对杂质产生吸附和范德瓦尔斯力作用，将熔体中杂质颗粒滤去。
20目刚玉微孔陶瓷管能滤去5微米以上的杂质颗粒，16目可滤去8～10微米杂质颗粒。
陶瓷管的寿命一般可通过300～600吨铝液。
加工锻件与饮料罐薄板的铸锭熔体宜用此法净化。
3、泡沫陶瓷板过滤：泡沫陶瓷是近年来发展起来的新型陶瓷过滤材料。
一般制成50mm厚，长宽为200～600mm的过滤板，孔隙度高达0.8~0.9。
泡沫陶瓷板在过滤铝液时，铝液流经陶瓷曲折的孔眼，其中含的夹杂颗粒等因受到铝液流轴向压力、摩擦力、表面吸附力等的联合作用，被滞留在陶瓷板的孔眼内表面和缝隙洞穴处，从而使夹杂颗粒和铝液分离。