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(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
铝合金液熔体处理晶粒细化与变质处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库《铝合金铸件铸造技术》课程教案铝合金液熔体处理—晶粒细化与变质处理制作人：张保林陕西工业职业技术学院铝合金液熔体处理——晶粒细化与变质处理一、概述对铝合金熔体进行细化、变质处理，以控制铝铸件的铸态组织是铸造铝合金熔炼的重要一环，也是获得高品质铝铸件的基本条件。
对于A1-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等固溶体型合金，为防止产生铸造裂纹，提高力学性能，一般都需要进行细化处理，以使α(A1)固溶体的晶粒细化；对A1-Si系合金一般也常对其进行α(A1)晶粒细化处理。
二、晶粒细化α(A1)晶粒细化处理。
常用的晶粒细化剂有钛、硼、锆及稀土金属等，以中间合金或盐类形式加入铝液。
（1）中间合金形式加入常用细化剂主要有Al-Ti、Al-B、Al-Ti-B和Al-Ti-C等中间合金。
这些细化剂加入铝液后产生大量的TiAl3、AlB2、TiB2、TiC等微粒，它们熔点都较高，且晶格常数与α(A1)固溶体的很相近，所以作为异质核心抑制树枝状初生α(A1)晶粒的长大。
不同的细化剂细化效果和衰退特性是有区别的。
常用的Al-5％Ti、Al-5％Ti-1％B和A1-4％B细化剂对A356合金(与ZLSi7Mg相近)晶粒作用效果比较见图1。
图1 A356合金晶粒细化效果比较细化剂的加入量和合金种类、成分、加入工艺、熔炼温度、浇注时间等有关，细化剂的加入温度一般为710～730℃，加入量占合金的0.4％～0.6％。
添加Ti、B元素细化处理的铝液中，如果存在Zr、Cr、Mn等元素，将减弱细化效果，甚至出现“中毒”而失去细化效果。
其原因有些研究者认为是由于Zr、Cr、Mn等元素与TiAl3、TiB2、TiC微粒之间发生作用，形成了新相改变了原有的点阵常数，因而失去了异质核心作用所造成的。
（2）盐类形式加入。
含有很强晶粒细化作用的Ti、B、Zr等元素的氟钛酸钾、氟硼酸钾、氟锆酸钾等盐类物质。
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。
铝及其合金的晶粒细化处理简述_黄良余
综 述特种铸造及有色合金 1997年第3期铝及其合金的晶粒细化处理简述上海交通大学 黄良余摘 要 介绍了用钛和硼细化铝及其合金晶粒现象,对一些有名的细化理论如“色晶反应”、“晶粒增殖”、“抑制α(Al)晶粒生长”及最新的“超形核”进行了讨论,但迄今尚无一种正确的理论能解释所有的细化晶粒现象。
关键词:晶粒细化 Al -Ti -B 细化剂 晶粒细化中毒A Brief Review of Al and Al -Alloy Grain RefinementHuang Liangyu(Shanghai Jiaotong University )ABSTRACT The phenomena of Al and Al-alloy g rain refinement by Ti and B w ere introduced.Sev eral famous theories,such as “Peritectic Reaction ”,“Crystal M ultiplicatio n ”,“Reta rcl of α(Al)Cry stalGrow th ”,and a new theory called “Super -nucleatio n”w ere discussed briefly .Up to no w ,how ev er ,none theo ry could co mpletely ex plain all of the pheno meno na o f grain refinement .Key W ords :Grain Refinement ,Al -Ti -B Ref ining Agent ,Grain Ref iement Poisoning 在铝及其合金中加微量钛和硼能大大细化晶粒,提高力学性能,自40年代起即受到冶金界的广泛注意[1]。
数十年来,已发表了无数有关的学术论文,提供了大量的试验数据和资料,积累了丰富的生产实践经验,如今晶粒细化处理已成为铝铸件和型材生产中的有机组成工序。
铝合金熔体净化工艺概述
陶瓷泡沫是近年来发展起来的新型陶瓷过滤材料，它是由氧 化铝和氧化铬等组成的陶瓷浆料，借助聚氨酯泡沫成型，再经干 燥、烧结而成。孔隙率高达 80%～90%。它的特点是使用方便， 过滤效果好，过滤时不需要很高的压头，价格便宜。
但陶瓷泡沫较脆，易破损，通常只能使用一次。为了增加过 滤效果，可采用双级过滤法，如DFU法等。
3、熔剂法
熔剂法是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。
熔剂的除杂能力是由熔剂对熔体中氧化夹杂物的吸附作用和溶解作用以 及熔剂与熔体之间的化学作用所决定的。因为氧化夹杂物是不被铝液润湿的， 二者之间的界面张力很小。
熔剂吸附熔体中的氧化夹杂后，能使系统的表面自由能降低，因此，熔 剂具有自动吸附氧化夹杂的能力，这种吸附作用是熔剂除杂的主要原因。熔 剂和夹杂物之间的界面张力愈小，而溶剂和金属的界面张力及铝液和夹杂物 之间的界面张力愈大，则熔剂的吸附性愈好，除杂作用愈强。
5、提高铝熔体净化效果的主要途径
避免片面追求低氢含量的倾向，才有利于开发研制更为有效的铝液净化新 技术。
在以除杂为主的净化方法中，过滤法一般是在除气后浇注前进行的（如 过滤网安放在浇口或流槽等处），其除杂机理主要是机械的和物理的作用， 对悬浮在熔体中微细夹杂的排除作用并不显著，并且该法难以实现先排杂后 除气的原则；
熔剂对氧化物的溶解作用是由熔剂的本性所决定的，通常，当熔剂的分 子结构与某些氧化物的分子结构相近或化学性质相近时，在一定温度下可以 产生互溶。
熔剂的除气作用主要表现在三个方面： 1）随络合物的除去而除去被氧化夹杂所吸收的部分络合氢； 2）熔剂产生分解或与熔体相互作用时形成气态产物，进行扩
散除氢，如产生AlCl3、N2、CO2和SiF4等； 3）由于熔体表面氧化膜被溶解而使得溶解的原子氢向大气扩
铝及铝合金晶粒细化剂-中国有色金属标准质量信息网
铝及铝合金晶粒细化用合金线材第 1 部分：铝 - 钛- 硼合金线材（鉴定稿）编制说明1工作简况任务根源跟着铝材的宽泛应用。
特别是在高新技术领域的应用，对在后续深加工工艺中的组织提出了严格的要求，而控制其组织和性能的重点之一是熔铸出渺小均匀的铸态晶粒组织，可显然改良铝型材性能，减少铸锭裂纹。
要获取这类组织。
一定经过不一样的手段办理熔体，包含液态时加入各样办理剂或借助外来能量 ( 如机械振动、电磁搅拌、超声波办理等 ) 使α— Al 基体细化．而晶粒细化是增添资料强度、改良塑性的重要手段之一，也是改良铝材质量的重要门路。
在工业生产条件下，增添办理剂的方式是最简易而又有效的方法。
最先研制的晶粒细化剂是把 K2TiF 6、KBF4等直接加到熔体中，与熔融铝发生反响，形成 TiAl 3或 TiB 2粒子而产生细化作用的。
因为产生的细化成效不均匀，没法展望晶粒细化的响应程度，当前已被裁减。
为了战胜铝及其合金中直接加入盐类化合物的弊端，人们研究并采纳了 A1— Ti —B 中间合金细化剂。
铝钛硼熔体办理剂曾盛极一时，获取许多厂家的喜爱。
国标委综合 [200 × ] ×××号文件及中国有色金属工业协会中色协综字[200 × ] ×××号文件，下达了编制《铝及铝合金晶粒细化剂》第一部分：铝钛硼合金线材国家标准的任务，并确立了新星化工冶金资料（深圳）有限公司为编写单位。
草拟单位新星化工冶金资料（深圳）有限公司于1992 年 7 月在广东省深圳市罗湖区莲塘成立，2004 年因公司发展需求，在光明新区公明镇高新科技园成立了崭新的厂区；新星化工是一家以专业生产铝材办理剂、铝钛硼合金等高科技产品的中美合资公司。
工厂占地面积有 5 万多平方米，主要产品有有色金属复合资料、新式合金资料及铝材办理剂。
主要过程和内容本标准由中国有色金属工业标准计量质量研究所任主办部门，由新星化工冶金资料（深圳）有限公司任草拟单位。
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。
铝及铝合金晶粒细化剂的研究进展
产生 的 附着在 Ｔ ｉ Ａ Ｉ 表 面 的 包 层停 止长 大 ，所 以 发挥 了细 化铝晶粒 的作用 包 品反 应理论只有 往保 证 铝液 中有残余 的 Ｔ ｉ Ａ ｌ 相及 ｒ ｒ ｉ 质 量分数 足够高 的 时候 才能确 保发挥 作用 ．无法 解释 当］ ＿ 业 应用 中 Ｔ ｉ
为我 经 济发展中不可 或缺的基础性 材料 ？随着锅 材 高新技 术领域 的应 用 ，后续加 Ｉ 对钒材组织和
元素的盐 （ Ｋ Ｔ ｉ Ｆ 和Ｋ Ｂ Ｆ ） 直 接加 入到熔 融的销 中．
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作用 ． 此产 品具 有一 定的细化能力 ，但细化效果 均匀 ，细化衰退非 常明显 ， Ｌ 艺参数难 以控 制 ，ｒ ｒ ｉ 和 Ｂ利 用率 很低 ，对 环境 、炉 体腾 蚀严 重 ，
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铝 合金 细 化剂进 入 中间合 金 型时 代 ：最 』 于 发 的 是Ａ ｌ — Ｔ ｉ 二元合金 ，该细化刹 的细化能 力比盐类 细
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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。
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• 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。
铝合金熔炼和净化
铝合金熔炼和净化1 原材料准备——配料卡片——备料（料斗）——装炉（熔炼炉）——熔化——扒渣——取样——加合金调整成分——电磁搅拌——取样（符合标准）——放流（保温炉）。
2 铝液净化：防排—溶剂（2﹟溶剂），喷粉精炼，气泡浮游法，过滤法。
3 铝液变质和细化：Sr变质，Ti细化。
4 铝屑和铝灰处理:要把三级料及更低级料复化成复化料方可使用。
5 ZL101合金：在700℃时比重为2.4g/cm3，阻力系数µ为1.27,动力粘度η为0.023g/Cm·S，固态理想密度为2.68克/立方厘米，固相线温度及液相线温度555℃-615℃。
6 Si（硅）流动性好，改善充型能力，在结晶过程中散发出大量热。
几乎不收缩，减少了合金收缩率减少缩孔、缩松及热裂倾向，提高气密性。
在变质后提高强度，有耐磨性和抗腐蚀性。
增抗拉强度降低延伸率。
当含量在5％时有流动性，占6％时无热裂，占9％时无疏松，占14％时变质不起作用。
Mg（镁）使合金抗拉强度增加，降延伸率。
在合金中与硅形成Mg2Si相，在亚共晶合金中经淬火和时效处理后，机械性能（抗拉强度和延伸率）显著提高。
切削性能有所改善，过高会促进合金吸气氧化，是强化相。
Sr（锶）变质是其吸附在Si的晶坯上，使晶坯难以成核成大；变质使共晶体中Si呈细小粒状分布，因而改善了合金的力学性能。
Sr是长效变质剂（6-8小时），以铝锶中间合金（Sr 占10％）加入进行变质处理使合金中的硅以粗大片状组织变为细粒化组织，变质良好时在金相观察α枝晶网及共晶硅质点小，硅呈细小分布，使合金的机械性能特别是延伸率得到显著提高。
Ti（钛）：加Ti以细化剂原子与被细化合金元素原子间的电子交换，以细化剂原子为基形成动力学上的化合物，即形核初始状态的形成。
少量钛能细化合金晶粒组织，提供结晶核心，过多易聚集长大成渣。
Fe（铁）：含量高时形成β相（AL9Fe2Si）和AL8FeMg3-Si6相，铁相脆而硬，以粗大的针状穿过晶粒，大大削弱基体，降低合金抗拉强度和延伸率，降低流动性，不利充型，降低抗腐蚀性能，但能改善粘模。
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。
铝合金的精炼与净化技术
晶粒细化技术
铝合金的晶粒大小对其力学性能和加工性能有重要影响。通 过晶粒细化技术可以减小铝合金的晶粒尺寸，提高其力学性 能和加工性能。常用的晶粒细化剂包括铝钛硼、铝钛碳等。
细化原理：晶粒细化剂在铝合金熔体中形成大量弥散的质点 ，这些质点可作为非自发形核的基底，促使熔体形核，从而 细化晶粒。
微量元素控制技术
铝合金的精炼与净化 技术
汇报人：可编辑 2024-01-06
• 铝合金精炼与净化的重要性 • 铝合金的精炼技术 • 铝合金的净化技术 • 铝合金精炼与净化的未来发展 • 铝合金精炼与净化的实际应用案
例
目录
01
铝合金精炼与净化的重要性
铝合金的应用领域
航空航天
铝合金因其轻质、高强 度特性广泛应用于航空
精炼与净化有助于降低铝合金的 夹杂物含量，提高其加工性能和 表面质量。
02
铝合金的精炼技术
熔剂精炼
总结词
熔剂精炼是一种通过在铝液中加入一定量的熔剂，以去除杂质和气体的方法。
详细描述
熔剂精炼的原理是利用熔剂与铝液中的杂质发生化学反应，生成不溶于铝液的 化合物，从而将杂质从铝液中分离出来。常用的熔剂包括氯化物、氟化物和硫 化物等。
建筑行业的应用
铝合金在建筑行业中被广泛用于门窗、幕墙、支架等。铝合金的精炼与净化技术可以提高其抗风压、 抗水压和耐久性，确保建筑的安全性和美观性。
例如，某建筑公司采用铝合金精炼与净化技术，成功建造了一座高层写字楼。该建筑的外墙采用高强 度铝合金材料，不仅美观耐用，而且提高了建筑物的抗震性能和节能性能。
微量元素对铝合金的性能具有重要影 响，如铁、硅、铜等元素会影响铝合 金的强度、塑性和耐腐蚀性等。通过 微量元素控制技术可以精确调控这些 元素的含量，提高铝合金的性能。
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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。
2各种铝合金熔体净化技术简介2.1铝及铝合金熔体净化处理技术铝合金中的氢气主要来源于炉气中水蒸气。
水蒸气和铝液反应生成原子态氢，并在其界面建立起较大的分气压，使氢在铝液中迅速溶解且大量增加，铝液中的含氢量随铝液上的氢分压和铝液温度的升高而增加。
铝及铝合金熔体中的夹杂物一部分直接来自炉，而大部分则是在熔炼和浇注过程中所形成的，主要是氧化夹杂物。
大颗粒的夹杂物会使铸件组织不连续，降低工件的气密性，成为腐蚀的根源，明显地降低材料的强度和塑性，也往往成为零件的裂纹源。
另外，细小的夹杂物分布在铝熔体中，会使熔体的粘度增加，从而降低铝合金的补缩能力，容易形成缩孔或缩松。
对高强度铝合金来说，则会使其机械强度和使用可靠性降低，严重影响其表面质量和内在质量，造成加工成品率低甚至成批报废。
因此，利用一定的物理和化学原理以及相应有效的工艺措施来控制铝及其合金熔体的含氢量和非金属夹杂物以及有害元素的净化是非常重要的。
熔体炉内净化处理技术可分为吸附净化处理技术和非吸附净化处理技术两大类。
前者主要有惰性气体吹洗、活性气体吹洗、混合气体(N2-Cl2或N2-Cl2-Co)吹洗、氯盐净化、无毒精炼剂净化以及熔剂法精炼等。
炉内处理是铝合金熔体净化的一个很重要的过程，它对于铝熔体的除渣和去氧起着十分重要的作用。
原来采用Cl2精炼，虽精炼效果明显，但对环境和设备均有害。
后来改为N2精炼，甚至用99.999%的高纯N2精炼，不仅成本提高，精炼效果也较差。
近年来，国外普遍采用混合气体精炼，即在高纯氮气中加入10%～15%的氯气，可达到很好的精炼效果，而且对环境影响不大。
2.1.1吸附净化法吸附净化是指通过铝熔体直接与吸附剂(如各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质)相接触，使吸附剂与熔体中的气体和固态氧化夹杂物发生物理化学或机械作用，达到除气、除杂的目的。
属于吸附净化的方法有吹气法、过滤法和熔剂法等。
(1)吹气法吹气法又称气泡浮游法，它是将惰性气体(如氮气、氩气等)，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。
气泡在上浮的过程中还能吸附部分氧化夹杂，起到除杂的作用[1]。
吹气法是20世纪70年代发展起来的铝熔体净化工艺[2]，主要用于除氢，按其气体导入方式，可分为单管吹气法、多孔喷头吹气法、固定喷吹法、旋转喷吹法。
吹气法的效果一方面取决于惰性气体的性质和纯度，更主要的取决于气泡的大小和气泡在熔体中的分散程度，如果吹入的气泡直径越小，分布越均匀弥散，则气泡比表面积越大、熔体中的氢扩散进气泡的路程越短、气泡上浮越慢、除气率越高，另外，还取决于吹气时间、吹气压力、吹气温度等工艺参数。
旋转喷吹法是吹气法中效果最好的方法[3]，它主要是依靠转头的形状以及适当高转速的转头对气泡的破碎来控制气泡的大小和分布的，转头是这些方法的技术核心，不同的转头，产生的气泡大小不同，不论那种方法，产生的气泡一般为mm级。
转头转速300~500r/min，吹气压力恒定在2~3个大气压之间。
旋转喷吹法为存在的缺点主要表现在除气率低，一般在70%以下；气泡尺寸不够小，达不到μm级，这是由转头形状所决定的；转头转速过高，易引起熔体翻腾，产生吸气现象，也会使熔体中心区域压力降低，产生合泡现象。
(2)过滤法过滤法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。
过滤材质一般使用玻璃布、刚玉球以及泡沫陶瓷。
玻璃布过滤法的特点是适应性强、操作简便、成本低、但过滤效果不稳定，只能除去尺寸较大的夹杂物，对微小夹杂物效果较差，且玻璃布只能用一次需要经常更换。
陶瓷泡沫是近年来发展起来的新型陶瓷过滤材料，它是由氧化铝和氧化铬等组成的陶瓷浆料，借助聚氨酯泡沫成型，再经干燥、烧结而成。
孔隙率高达80%~90%。
它的特点是使用方便，过滤效果好，过滤时不需要很高的压头，价格便宜，但陶瓷泡沫较脆，易破损，通常只能使用一次。
为了增加过滤效果，可采用双级过滤法，如DFU法等。
过滤法主要是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，例如，图1是两种连续净化装置示意图。
另外还有FILD 法、Alcoal81法、Alcoa469法、AlusuisseDUF-S法等都是集除气除杂为一体的、单级或多级的、连续的铝熔体净化方法[4]。
图1 连续净化装置示意图(3)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。
熔剂的除杂能力是由熔剂对熔体中氧化夹杂物的吸附作用和溶解作用以及熔剂与熔体之间的化学作用所决定的。
熔剂和夹杂物之间的界面张力愈小，熔剂的吸附性愈好，除杂作用愈强。
除了以除气除杂为主要目的的熔剂外，还有一些其他的熔剂，如覆盖剂、清渣剂等。
各种熔剂的重复使用，造成熔炼成本增高，增加了人为引入杂质的几率，故而研制开发集覆盖保护、净化、变质、细化等功能于一体的新型熔剂仍是今后的发展方向之一。
为了克服传统熔剂加入法不能使熔剂和铝液充分接触的缺点，近年来，出现了一些新的熔剂加入装置-熔剂喷射和熔剂旋转喷射等，如图2所示。
熔剂喷射法以惰性气体为载体，把一定量的粉状熔剂从吹管吹到铝液底部。
熔剂一旦离开吹管就熔化成小液滴，能提供很大的比表面积，从而大大提高熔剂的效用。
而且，熔剂喷射法和熔剂旋转喷射法还能降低熔剂的用量，缩短处理时间。
目前，国内外研制和使用的熔剂种类繁多，如美国著名的Pyrotek公司生产的各种熔剂；国内陈渭臣等研制的JGJ-1型铝合金熔剂[5]和上海交通大学研制的JDLF-1和JDLF-2铝合金熔剂[6]等。
熔剂法和旋转喷吹法相结合形成了铝合金净化新工艺—旋转喷粉法，该法与炼钢中的喷粉冶金类似，它是借助惰性气体作为载体，将熔剂以粉末状喷入熔体来实现铝合金的净化处理，与传统的方法相比，旋转喷粉法的净化效果更佳，如FI法和Heproject法等。
图2 熔剂喷射装置示意图2.1.2非吸附净化法非吸附净化是指不依靠向熔体中加吸附剂，而通过某种物理作用(如真空、超声波、密度差等)改变金属气体系统或金属夹杂物系统的平衡状态，从而使气体和固体夹杂物从铝熔体中分离出来的方法。
属于非吸附净化的方法有静置处理、真空处理和超声波处理等。
(1)静置处理静置处理是指将铝熔体在浇注前静置一段时间，由于夹杂物的密度比铝熔体的大，所以夹杂物会自发下沉，从而达到从熔体中分离的目的，小颗粒的夹杂很难用该方法除去。
(2)真空处理真空处理是将熔体置于有一定真空度的密闭保温炉内，利用氢在熔体中和气氛中的分压差，使熔体中的氢不断生成气泡，并上浮逸出液面而被除去的方法。
真空处理是降低铝熔体中氢含量最有效的方法，但这种处理需要真空密封设备，价格昂贵，而且造成熔体温度的损失较大，除杂能力也极为有限，因此在工业生产中很少使用。
(3)超声波处理超声波处理是超声波处理是20世纪90年代发展起来的一项新的铝合金熔体净化方法，其利用超声波在熔体中的空化作用，使液相连续性破坏成孔穴，该孔穴使溶解在铝液中的气体聚集在一起，超声波弹性振荡促使气泡的结晶核心形成，并促使气泡聚集到一定尺寸，从而保证气体的析出。
由于超声波发生器的局限性，该方法很难处理大批量的铝熔体，限制了其工业应用。
2.2国内外常用铝熔体净化处理工艺2.2.1动态真空除气法在熔炼温度范围内，铝液表面有致密的γ-Al2O3膜存在，阻碍氢的析出，因此，必须清除表层氧化膜的阻碍作用才能获得好的除气效果。
真空处理是物理净化的一种方法。
包括静态真空除气和动态真空除气。
静态真空除气是在真空处理的同时，在熔体表面撒上一层溶剂，以便使氢气通过氧化膜除气，除气效果并不是很好。
1969年，挪威ASV公司开始采用动态真空除气工艺来净化铝液。
其工艺过程是先将真空炉抽成10mmHg的真空，然后打开进料口密封盖，把从保温炉来的铝熔体借真空抽力喷入真空室内，喷入真空室内的熔体，呈细小弥散的液滴，因而，溶解在铝液中的氢能快速扩散出去，钠被蒸发燃烧掉。
经动态真空处理后的铝熔体氢溶解度低于0.12mL/(100gAl)。
动态真空除气工艺的优点是：除气效果好、无公害、处理过程造渣少；缺点是：除其它有害杂质的效果差，不能实现连续处理，设备结构复杂，设备价格昂贵，而且设备的密封性难以保证。
2.2.2 除不溶性夹杂物为主的方法(1) 泡沫陶瓷过滤法泡沫陶瓷是近年发展起来的新型陶瓷过滤材料。
柯那尔公司泡沫陶瓷过滤板是用氧化铝、氧化钙等制成的海绵状多孔板。
用该工艺处理铝液的工艺过程是：在保温炉和铸造机之间的流槽上，放入该装置，将该装置加热到一定温度后，开始放流铸造，以实现铝熔体的连续过滤。