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高性能鋁合金精煉劑的探討 喬建偉 (鄭州華信學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院) 摘要：對于鋁合金來說，由于AI的化學(xué)活性很強(qiáng)，在熔煉過程中容易產(chǎn) 生夾雜、氣體等缺陷，它們在熔體凝固后會分布在合金內(nèi)部，對材料性能產(chǎn)生 很大影響。因此，要提高鑄造鋁及其合金的性能，，必須充分除去熔體中的氧化 夾雜和氣體，避免鑄件中缺陷的產(chǎn)生。 關(guān)鍵詞：鋁合金精煉劑氧化物夾雜 1氧化物夾雜的類型 熔融金屬液在精煉處理以及運(yùn)輸過程中，氧化皮、金屬問化合 物、爐膛碎片等異質(zhì)物容易被帶入到金屬液中，形成非金屬夾雜，這 些非金屬夾雜主要是氧化物夾雜。根據(jù)其在熔化和澆鑄過程中形成 時(shí)期的不同，可以分為一次氧化物夾雜和二次氧化物夾雜。 一次氧化物夾雜主要是指I：~t。13液澆注前形成的所有氧化物夾雜。 一次氧化物夾雜按其形狀可分兩類：一類是宏觀組織中分布不均勻 的大塊夾雜物，這類夾雜物，使合金組織不連續(xù)，降低工件的氣密性 能，成為腐蝕的根源，明顯降低鋁合金的強(qiáng)度和塑性，也往往成為零 件的裂紋源，第二類氧化物夾雜是指細(xì)小的、彌散的夾雜物，即使經(jīng) 過仔細(xì)凈化也不能全除去，它使金屬液粘度增大，降低凝固時(shí)鋁液的 補(bǔ)縮能力，易造成鑄件的縮松。 二次氧化物夾雜，又稱為內(nèi)生夾雜物，主要是在澆注過程中形成 的。內(nèi)生夾雜物一般來說分布比較均勻，顆粒也比較小。鋁液在澆注 過程中的飛濺、紊流是二次氧化物夾雜的主要來源。鋁液在砂型中， 與型砂中的水分作用，經(jīng)水分解為氧和氫，氧與鋁作用形成氧化物夾 雜，氫溶于鋁液。 2雜質(zhì)去除方法 鋁熔體中的有害雜質(zhì)元素可用真空處理去除和精煉劑法化學(xué)去 除。真空處理就是在真空條件下，利用雜質(zhì)元素的沸點(diǎn)低于鋁(沸點(diǎn) 為1800。C)和鋁合金主要成分的沸點(diǎn)，通過蒸發(fā)使之去除。真空處理 可以將鈣、鋅等的量降低到Ippm以下，但是還未獲得工業(yè)應(yīng)用。 有害雜質(zhì)元素可與精煉劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成能夠與鋁分離的 化合物，并通過精煉劑的吸附作用而被帶入精煉渣中排出。其它金屬 與氧、按和硫的生成熱大小排列如下： 氧化物：鎂、鋁、鈉、硅、錳、鋅、鐵、鎳、鉛、銅； 氯化物：鈉、鎂、鋁、錳、鋅、鉛、鐵、鎳、銅、硅； 硫化物：鈉、鎂、錳、鋅、鋁、鐵、銅、鉛、硅、鎳 以去除氧化物夾雜為主的方法主要有：電熔劑法、過濾法和精煉 劑法。其中精煉劑法和過濾法的研究與應(yīng)用相對廣泛和深入。但是， 過濾法由于所用多孔陶瓷過濾器價(jià)格高，在使用過程中容易堵塞而 消耗大，其應(yīng)用也受到一定的限制。 在鋁合金熔煉過程中，將精煉劑加入到熔體內(nèi)部，通過一系列物 理化學(xué)作用，達(dá)到去除氧化物夾雜的作用。精煉劑的除雜能力是由精 煉劑對熔體中氧化物夾雜的吸附、溶解作用以及精煉劑于熔體之間 的化學(xué)作用決定的。精煉劑和氧化物夾雜之間的界面張力越小，其吸 附的作用越好，去除氧化物夾雜的作用就越強(qiáng)。 3鋁合金的精煉方法 目前主要所采用的精煉方法．凈化。 3．1吸附凈化：氣泡浮游法、溶劑法、過濾法 3_2非吸附凈化：真空處理法、超聲波處理法、稀有合金除氫法、 電溶劑法 3．3復(fù)合凈法 4精煉劑的生產(chǎn)方法 精煉劑的生產(chǎn)方法按其發(fā)展過程和特性來劃分有熔合法、烘干 混合法和綜合混合法。 4．1熔合法熔合法就是將高熔點(diǎn)《對于鋁合金而言)無機(jī)鹽按照 低共晶點(diǎn)配比，進(jìn)行高溫脫水、高溫熔化處理，產(chǎn)生低熔點(diǎn)混合鹽，冷 凝后再破碎成塊狀或磨成粉狀，該方法脫水徹底。 用熔合法制作精煉劑時(shí)，可先將低熔點(diǎn)的氯鹽熔化，在一定的溫 度下加入難熔成份，在高溫下融合在一起，然后澆鑄成塊，儲于干燥 容器內(nèi)，使用前再破碎、碾磨過篩。用熔合法制作的精煉劑質(zhì)量較高， 能充分地除去水分，且成份均勻，一般精煉劑都用此種方法制作。其 制作過程可分為精煉劑的熔制一精煉劑熱加工，精煉劑的破碎及碾 磨一精煉劑冷加工兩個(gè)階段。 4．1．1精煉劑熱加工首先，按照各種成分合理地配料，所配之 爐料應(yīng)清潔，無肉眼可見的機(jī)械雜質(zhì)及臟物。各材料的化學(xué)成分應(yīng)符 合有關(guān)的使用標(biāo)；隹。然后，進(jìn)行精煉劑的熔煉。 高溫下，氯化鉀易揮發(fā)損失，冰晶石分解生成AIF。氣體跑掉。為 了保證精煉劑的成份和含量，充分發(fā)揮除雜的效果，熔煉溫度不宜過 高，時(shí)間不宜過長。熔煉后選取代表試樣，做化學(xué)分析。 4．1．2精煉劑冷加工熔制好的精煉劑應(yīng)放置干燥處，或者放在 密封地鐵箱中，生產(chǎn)需要時(shí)，經(jīng)人工或機(jī)械破碎、碾磨，按照需要加工 成一定粒度的塊狀或粉狀精煉劑。 精煉劑先初次破碎成大塊，再送入顎式破碎機(jī)中，破碎到適當(dāng)?shù)?粒度。破碎后的塊由人工或鋼篩進(jìn)行篩選。 塊狀或粉狀精煉劑置于大氣中，極易吸水而變潮濕。將其用于鋁 合金生產(chǎn)中，會增加鋁合金熔體的含氣量，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。故制 作完的精煉劑應(yīng)放置在干燥室內(nèi)，臨時(shí)使用時(shí)取出。 加工精煉劑時(shí)，要按制作的先后次序放發(fā)和使用。由于時(shí)間過長 或保存不當(dāng)?shù)?，都要事先取樣分析含水量，一般不得超過2％，否則 需重新干燥或重熔。 4．2烘干混合法烘干混合法，是將需要的鹽經(jīng)充分烘干脫水， 然后依據(jù)高溫熔鹽的共晶點(diǎn)成分配比，再加入一些有利于脫氫和脫 渣的組分機(jī)械混合而成。該法用于配制簡單的、質(zhì)量要求不高的精煉 劑，供選的常用原料有NaCl、Na2CO3、KCI、MgCl 2、Na3AIF6、BaC12、 NaF、K2CO3等。 烘干混合法的生產(chǎn)工藝流程為 烘干一配料一混合一包裝一產(chǎn)品 烘干混合法可生產(chǎn)無毒精煉劑，無毒精煉劑的主要成分是 NaNO +C(石墨)，再加入適量起增重、緩沖作用的耐火磚屑和一定數(shù) 量的Na CO。，Na2SiF6組成。在700oC以上鋁液中，Na2CO3對AI起 氧化作用，且鋁液翻滾嚴(yán)重，因而存在一些缺點(diǎn)。 4．3綜合混合法將所需的一些高熔點(diǎn)氯鹽和氟鹽按低共晶點(diǎn) 成分混合，進(jìn)行離子化脫水處理，然后與烘干的其它組分混合，是一 種綜合性生產(chǎn)方法，彌補(bǔ)以上方法不足。例如：精煉劑系列中所需的 NaCI、KCI、Na IF6、CaF2混合后加水?dāng)嚢?，幾天后流化床干燥、破碎?干燥脫水，這就是所謂的低溫離子化處理。這樣，在顆粒邊界產(chǎn)生類 共晶化合物，提高其粒子的表面活性，主要用作噴射精煉劑的原料 等，便于實(shí)現(xiàn)噴射精煉，或者混合后進(jìn)行高溫熔融處理，綜合混合法 生產(chǎn)的精煉劑性能有待進(jìn)一步研究。 5精煉劑的除雜作用 在鋁及鋁合金熔體中，精煉劑能夠通過物理的、化學(xué)的或物理化 學(xué)的相互作用，從熔體中除去金屬雜質(zhì)，氧化物及其它氧化物夾雜 等。精煉劑的除雜能力是由精煉劑對熔體中的氧化物夾雜的吸附、溶 解作用以及精煉劑與熔體中雜質(zhì)之間的化學(xué)作用決定的。精煉劑和 夾雜物之間的界面張力越小，精煉劑的吸附作用越好，除雜作用越 強(qiáng)。鋁熔體中有一部分金屬雜質(zhì)在熔煉過程中是很難除掉的，這部分 雜質(zhì)只能在原材料中嚴(yán)格限制，如硅、鐵等雜質(zhì)，而另一部分金屬雜 質(zhì)，如鈣、鋅等金屬，它們都將對鋁合金的性能產(chǎn)生不良影響，這些有 害雜質(zhì)應(yīng)設(shè)法在熔煉或鑄造之前除去，傳統(tǒng)的方法是熔煉中在爐內(nèi) 加入精煉劑進(jìn)行處理，故稱作為“精煉”。 6總結(jié) 現(xiàn)有精煉劑的一個(gè)共同點(diǎn)就是應(yīng)用范圍窄、功能單一，需分別投 入幾種不同精煉劑后才能達(dá)到不同的目的。而且往往效果不顯著，或 對熔體潔凈度或環(huán)境有害，并程度不等地存在著各種問題。故而研制 開發(fā)集多種功能為一體的新型精煉劑將是今后發(fā)展的方向之一。 312