国产与进口泡沫陶瓷过滤片的过滤效果比较_吴圆丽

( 见图 2a 和图 2b) 的杂质很少, 韧窝细小均匀, 而且较 也不如前者。
( a) 50 p pi 过滤
( b) 50 ppi 过滤
( c) 60 ppi 过滤
( d) 60 ppi 过滤
图 2 不同过滤方式处理后铸锭的断口形貌( SEM )
对断口中的杂质相等异物进行能谱分析, 分析的结 ppi) 泡沫陶瓷过滤片过滤处理的铝铸锭断口。从分析
从上述的结果可以看出, 进口 50 ppi 泡沫陶瓷过 滤片处理的铝材成品性能要优于国产 60 ppi 泡沫陶瓷 过滤片处理的铝材。
2. 4 不同过滤片内部结构对过滤效果的影响分析
图 6 是规格为 60 ppi( 国产) 的泡沫陶瓷过滤片使 用后的剖面图。从图中可以看到 60 ppi( 国产) 的泡沫 陶瓷过滤片内部的孔隙较小。但是很多地方铝液是成 股直线流动的, 没有形成有效的曲折流动的路径。
液的纯净度更高, 夹杂物在铝液中的分布状态也更加弥
散, 形态圆整, 平均尺寸在 10~ 30 Lm。60 ppi 过滤片
理论上应具有比 50ppi 更好的吸附除杂效果, 因其孔径
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
( a) 断口形貌( SEM ) ( b) 图( a) 中箭头所指位置成分分析 图 4 50 ppi( 进口) 过滤后的铸锭断口中杂 质点的能谱 成分 分析( EDA X)
果见图 3、图 4。图 3 是经过国产( 60 ppi) 泡沫陶瓷过滤 结果看, 可以认为大部分杂质是 F eAl3 相。由此可见,
片处理的铝铸锭断口。从分析结果看, 可以认为大部分 30+ 50 ppi( 进口) 组合的双级过滤方式能有效过 滤氧
杂质是氧 化物 ( A l2 O3 ) 和 F eA l3 相。图 4 是 进口 ( 50 化物。
国产 60 ppi 泡沫陶瓷过滤片、进口 50 ppi 泡沫陶瓷过
小, 过滤的 氧化物 夹杂也 更细 小。然 而在 试验 中, 60 ppi 的过滤片不仅不能去除更细小的杂质, 而且不能更 有效去除氧化物。这应和 60 ppi 过滤片的内部结构有 关。如果过滤片内部原来应相通的通路被堵塞, 也就是
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( b) 60 ppi 过滤
( c) 50ppi 过滤
图 1 不同过滤方式处理后铝铸锭的金相组织
图 2 是圆棒拉伸后的断口形貌。从图中可以看到 深; 经过国产( 60 ppi) 泡沫陶瓷过滤片过滤后试样断口
经过进口 ( 50ppi) 泡沫陶 瓷过滤片过滤后 的试样断口 ( 见图 2b 和图 2d) 的杂质明显增多, 韧窝不均匀, 深度
2 结果与分析
2. 1 不同过滤片对铸锭的过滤效果的比较
对经过 2 种不同过滤方式得到的铸锭的含杂量和 力学性能进行比较, 试验结果见表 2。
表 2 不同过滤方式对铝铸锭过滤效果的比较
过滤方式 未过滤
含杂量/ % 除杂率/ %
0. 144
-
Rb/ M Pa 92. 3
D/ % 37. 52
60 ppi 过滤 0. 104
断口 观察和分析。结果表明, 进口陶瓷过滤片能更有效去除氧化物 夹杂, 明显改善 1100 铝合金铸 轧板的偏 析, 力学 性能得
到了一定程度的提高, 明显减少了终产品的制耳 率; 提高国产泡沫陶瓷过滤片质量应该不 过于追求目 数, 应 减少盲孔, 适度
增加表面积, 综合考虑化学过滤作用。
关键词 提高; 泡沫陶瓷过滤片; 质量
表 3 不同过滤片处理的电容器用铝材的制耳率 e %
过滤方式 60 ppi( 国产) 双级过滤 50ppi( 进口) 双级过滤
e1 3. 85 2. 51
e2 2. 64 2. 06
e3 2. 90 2. 40
e4 2. 61 2. 51
e5 2. 57 2. 78
平均值 2. 91 2. 42
国产 60 ppi 泡沫陶瓷过滤片过滤的铝材的平均制 耳率为 21 91%; 进口 50 ppi 泡沫陶瓷过滤片过滤的铝 材平均制耳率较低, 仅为 21 42%。
( a) 60 ppi 过滤
( b) 50 ppi 过滤
图 5 经不同过滤方式生产的铸轧板的偏析组织形貌
从理论上讲, 60 ppi 的过滤片单位面积上的孔径数
更多, 更有利于改善铝液内部温度、质量分布, 更有利于
形成细小的晶 粒, 改善偏 析。但 试验 结果 却相 反, 50
ppi 的过滤片更能有效改善偏析。这表明 60 ppi 的过
小。经过国产( 60ppi) 泡沫陶瓷过滤片过滤后, 夹杂物 不仅数量减少, 而且尺寸平均在 20~ 60 Lm 之间; 经过 进口( 50 ppi) 泡沫陶瓷过滤片过滤后的夹杂物数 量更 少, 尺寸也更小, 平均在 10~ 30 Lm 之间, 且呈弥 散分 布, 夹杂物的颗粒也更细小圆整。
( a) 未过滤
( a) 断口形貌( SEM )
( b) ( a) 中箭头所指位置成分分析
( c) 断口形貌( SEM )
( d) 图( c) 中箭头所指位置成分分析
图 3 60ppi( 国产) 过滤后的铸锭拉伸断口中杂质点的能谱成分分析( EDAX )
滤片去除的夹杂物的尺寸是不同的, 去除氧化物的能力
也是不同的, 经进口 50 ppi 泡沫陶瓷过滤片过滤 的铝
其他
特种铸造及有色合金 2008 年年会专刊
国产与进口泡沫陶瓷过滤片的过滤效果比较
吴圆丽1 傅高升1, 2 ( 1. 福建交通职业技术学院; 2. 福州大学机械工程学院)
摘 要 用光学显微镜( O M ) 和扫描电镜( SEM ) 对经国产、进口泡 沫陶瓷过滤 片过滤的 1100 铝合金 进行微 观组织和 拉伸
27. 78
94. 1
38. 63
50 ppi 过滤 0. 083
42. 36
93. 3
39. 01
由表 2 可知, 进口陶瓷过滤片 50 ppi 的除杂率达到
收稿日期: 2008-05-27 基金项目: 福建省教育厅科技项目( JB04020) 第一作者简介: 吴圆丽, 女, 1974 年出生, 助教, 福建交通职业技术学院, 福建( 350007) , 电话: 13774501497, E - mail : lw klrcwyl @ 126. com 通讯作者: 傅高升, 教授, 福州大学机械工程学院, 福州( 350002) , 电话: 13600809853, E- mail: f ugaos hen g@ fzu. edu. cn
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特种铸造及有色合金 2008 年年会专刊
了 421 36%, 比国 产泡 沫陶 瓷过 滤片 ( 60 ppi ) 提 高了 141 58%; 抗拉强度和伸长率基本保持不变。进口陶瓷 过滤片( 50 ppi) 的除杂效果明显优于国产泡沫陶瓷过 滤片( 60ppi) 。
图 1 是经不同过滤方式处理后的铸锭金相显微组 织。经过滤后夹杂物明显减少, 夹杂物的尺寸也明显变
中图分类号 T G1461 2+ 1
文献标志码 A 文章编号 2008( s) - 0553- 04
泡沫陶瓷过滤材料自 1980 年起世界各地开始大量 研制、开发, 并在冶金行业普遍应用[ 1] 。泡沫陶瓷是用 泡沫塑料作为前驱材料, 在陶瓷浆中浸渍后经干燥和烧 结制成的三维网状骨架结构的多孔材料。其开口气孔 率高达 80%~ 90%, 密度为 0. 3~ 0. 6 g # cm- 3 [ 2] 。泡 沫陶瓷过滤片具有良好的除渣过滤性能, 能提高制品的 力学性能和外观质量; 简化浇注系统, 改善材料的金相 组织, 提高材料的加工性能, 操作简便, 环境负荷小, 价 格合理等优点[ 3, 4] , 是 过滤方法的新发展, 使铸件的性 能得到大幅度的提高。在部分技术发达的国家, 泡沫陶 瓷过滤技术净化金属熔体已是一项很成熟的技术, 广泛 用于各种合金和各种铸造方法[ 4, 5] 。
滤片内部本应弯弯曲曲相互连通的三维结构没有达到
一定的要求, 致使通道虽然彼此连通, 但不是曲折的, 而
是直的通路。这使铝液在流经过滤片时, 不能有效促进
温度、成分的平衡, 改善偏析。同时也是盲孔中聚集的
氧化夹杂不被过滤片吸附的原因。
2. 3 不同过滤方式对成品板材制耳率的影响
对不同过滤方式处理的电容器用铝材的制耳率在 实际使用单位的使用效果进行跟踪调查, 结果见表 3。
Ti
Al
0. 48~ 0. 56 0. 14~ 0. 16 0. 12~ 0. 14 < 0. 02 < 0. 02 0. 02~ 0. 03 余量
铝液在熔炼炉内经传统熔剂炉内净化和 SNIF 炉 外在线除气后, 分别经国产( 60 ppi) 泡沫陶瓷过滤片、 进口( 50 ppi) 泡沫陶瓷过滤片进行过滤。在流槽 中分 别取未经过滤的铝液和经过上述 2 种方式过滤的铝液 在金属型中浇注成 110 m m @ 20 mm @ 70 mm 的铝铸 锭。从铸锭中截取试样, 加工成 <6 m m @ 30 mm 棒状 拉伸试样; 分别取经上述 3 种方式过滤的铝铸轧板、冷 轧到 01 32 mm 经退火后的铝板材剪切成 20 mm @ 150 mm 的试样并加 工成 12. 5 m m @ 50 m m 板状拉伸 试 样; 在 WE- 5013 液压试验机上进行拉伸试验, 用 XL 30ESEM 环境 扫 描电 镜 上 观察 显 微 组织 和 断 口, 并 用 EDAX32 型能谱分 析仪鉴别杂质相的组 成, 同时制 备 铸轧方向的金相样, 用 XJG- 05 型金相显微镜对组织进 行观察, 含杂量用熔剂冲洗法进行测定, 比较制耳率。
国产与进口泡沫陶瓷过滤片的过滤效果比较 吴圆丽等
说出现盲孔, 铝液流经盲孔就会聚集, 从而使得铝液内 的氧化夹杂有机会在盲孔中累积, 细小的夹杂经过聚集 形成较大的夹杂。铝液流动速度具有不均匀性, 当流动 速度瞬间较大时, 就有可能将已经聚集成较大的夹杂冲 刷下来, 从而导致了 60 ppi 过滤片的过滤效果反而不 及孔径较大的 50 ppi 的过滤片。
2. 2 不同过滤片对铸轧板过滤效果的比较
经过不同过滤片生产的铸轧板的力学性能见表 3。 从表中可知, 进口 50 ppi 泡沫陶瓷过滤片能提高铸轧 板的性能。在保持伸长率不变的基础上, 抗拉强度比国 产 60 ppi 泡沫陶瓷过滤片生产的铸轧板的抗拉强度提 高了 41 0 M Pa。
表 3 不同过滤方 法生产的铸轧板的力学性能
国内在上世纪 80 年 代开始泡沫陶 瓷过滤器的研 究, 哈尔滨工业大学于 1982 年最早研制成功仅用于铝 合金过滤的泡沫陶瓷过滤器, 此后 20 年来, 已有十多家 的科研机构和企业参与这方面的研究, 并形成一定的生 产规模, 生产稳定, 生产的产品在材质、规格、性能等方 面有很大提高, 接近国外同类产品, 但是总体的技术水 平较低 [ 5] 。在生产实践中发现, 国产的和进口的泡沫 陶瓷过滤片在较小目数孔径时( 30 以下) 过滤效果差别 不大; 但当目数孔径较大时, 国产陶瓷过滤片的过滤效 果往往不如相对较小孔径目数的进口陶瓷过滤片。本 课题选择常用 的国产( 60 ppi ) 泡沫陶 瓷过滤片、进口 ( 50 ppi) 泡沫陶瓷过滤片两种产品进行过滤效果的比 较, 从而就提高国产泡沫陶瓷过滤片质量的提出几点建 议。
1 试验条件和方法
选用 991 7%( 质量 分数, 下同) 的铝 锭, 含 Cu 、Fe 等添加剂, 按一定配比经熔炼、净化、细化、过滤、铸轧等 工艺, 得到试验用铝材。利用 OES- 5500 型光谱分析仪
测定试样的化学成分, 见表 1。
表 1 1100 合金材料化学成分
%
wB
Fe
Si
Cu
M g Mn
力学性能
60 ppi 过滤
50 ppi 过滤
Rb / M Pa D/ %
108. 0 39. 80
112. 0 39. 20
从铸轧的金相图片( 见图 5) 还可以看出, 不同的过 滤片不仅在不同程度上减少了夹杂物的含量, 改善了铸 轧板的力学性能, 还有效地改 变了铝液中第二相的分 布, 降低了偏析程度。经过进口 50 ppi 泡沫陶瓷过滤 片处理后铸轧板的偏析在整个断面上均不明显, 仅在板 的中心层有少量不连续的团絮状偏析, 两侧的偏析呈断 续的片状; 经过国产 60 ppi 泡沫陶瓷过滤片过滤后生 产的铸轧板的偏析情况有所改善, 中间偏析带的宽度变 窄。