在金屬材料中,鋁合金的應用範(fàn)圍和用量僅次於(yú)鐵,約占有色金屬用量的1/3,随著鋁及鋁合金的大範圍應用,對其性能要求也越來越高、越來越多樣,而鋁及鋁合金的良好性能與其熔煉鑄造是分不開的。熔鑄是鋁加工的第一道工序,爲後序的軋制、鋁合金鍛造、擠壓等生産提供錠坯,鑄錠質量的好壞直接與各種鋁材的較終質量緊密相關,故要獲得良好的構件,必須從熔體處理開始。鋁合金熔體淨化處理是生産高質量的鋁鑄件的基本保證措施之一,也是提高鋁合金綜合性能的主要手段之一,對疏松、氣孔、夾雜等的形成有重要影響,而且直接影響鋁鑄件的物理性能、機械性能以及使用性能。
2 熔體淨化方法
所謂淨化處理就是就是採(cǎi)用各種措施使鋁熔體中不希望存在的氣體與固态物質降到所允許的範圍以内,以確(què)保材料的性能符合标準或某些特殊要求。鋁合金淨化方法按其作用機理可分爲吸附淨化和非吸附淨化兩大基本類型。
2.1 吸附淨化
吸附淨化主要是利用精煉劑(jì)的表面作用,當(dāng)精煉劑(jì)(如各種氣體、 液體、 固體精煉劑及過濾介質)在鋁熔體中與氧化物夾雜或氣體相接觸(chù)時,雜質或氣體被精煉劑吸附在其表面上,從而改變(biàn)雜質的物理性質,随精煉劑一起被除去,以達到除氣除雜的目的。吸附淨化的方法主要有:浮遊法、熔劑法、過濾法等。
(1)浮遊法
浮遊法也叫氣體吹洗法,它是将氣體通入到鋁熔體内部,形成氣泡,熔體中的氫在分壓差的作用下擴散進這些氣泡中,並(bìng)随氣泡的上浮而被排除,達到除氣的目的。浮遊法主要包括惰性氣體吹洗、活性氣體吹洗混合氣體吹洗以及氯鹽淨化等。無毒精煉劑主要由硝酸鹽等氧化劑和碳組成,在高溫下反映生成氮氣和二氧化碳都能起到精煉作用,由於(yú)其不産生刺激性氣味的氣體且精煉效果也好從而得到廣泛應用。
(2)溶劑法
熔劑法是在鋁合金熔煉過(guò)程中,将熔劑加入到熔體内部,通過(guò)一系列物理化學作用,達(dá)到除氣除雜的目的。熔劑的精煉作用主要是依靠其吸附和溶解氧化夾雜的能力,鋁合金淨化所用的溶劑主要是堿金屬的氯鹽和氟鹽的混合物。
(3)過濾法
過濾法是指讓鋁熔體通過中性或活性材料制造的過濾器,以分離懸浮在熔體中的固态夾雜物的淨化方法。從(cóng)過濾方式的除渣原理大緻分爲機械除渣和物理化學除渣。機械除渣主要是靠過濾介質的阻擋作用、摩擦力或流體的壓力使雜質沉降和渎職,以達(dá)到淨化熔體的目的。物理化學除渣主要依靠介質表面的吸附和範德華力的作用。一般,過濾介質的空隙越小、厚度越大、金屬熔體流速越底,過濾效果越好。過濾材質一般使用玻璃布、剛玉球以及泡沫陶瓷。過濾法主要是去除熔體中的夾雜物,對除氫效果甚微,所以在實際應用中,過濾法往往與吹氣法相結合。
2.2 非吸附淨化
非吸附淨化是指不依靠向熔體中添加吸附劑,而是通過(guò)某種物理作用(比如真空、超聲波、密度差等)來改變(biàn)金屬-氣體系統或金屬-夾雜物系統的平衡狀态,從而使氣體和固體夾雜物從鋁熔體中分離出來的方法。非吸附淨化方法主要有:靜置處理、真空處理、超聲波處理等。
靜置處(chù)理指将鋁熔體在澆注前靜置一段時間,因爲夾雜物的密度比鋁熔體密度大,故夾雜物會下沉,從而使夾雜物從熔體中分離,不過小顆粒的夾雜難以用該法去除。真空處(chù)理是指将熔體放置在一定真空度的密閉(bì)保溫爐内,利用氫在熔體中和氣體中的分壓差,促使熔體中的氫不斷生成氣泡,上浮逸出而被除去的方法。真空處(chù)理是降低鋁熔體中氫含量極其有效的方法,能使熔體中氫降到0.1-0.2 ml/(100g)Al,但由於這種處理需要真空密封設備,經濟性差,而且使熔體溫度的損失較大,除雜能力一般,因此在工業生産中使用不多。超聲波處理是20世紀90年代發展起來的一項新的鋁合金熔體淨化方法,原理是利用彈性波在鋁熔體中引起的“空穴”現象,産生氣泡核心,從而達到除氣之目的。超聲波處理也是一種除氫效果較好的方法,同樣由於超聲波發生器的局限性,經濟型也差,該方法很難處理大批量的鋁熔體,因而也限制瞭其在工業中的應用。
2.3 爐外在線淨(jìng)化處(chù)理技術
由於(yú)爐内熔體淨化處理對鋁合金熔體的淨化效果十分有限,要進一步提高鋁合金熔體的質量,更有效除去鋁合金液體中的氣體、非金屬夾雜物等,就要應用爐外在線淨化處理瞭(le)。爐外在線淨化處理按照處理方式和目的可分爲以除氣爲主的在線除氣,以除渣爲主的熔體過濾處理和兩者兼有的在線處理。爐外熔體在線處理主要發展方向是提高熔體純潔度、尋求高效廉價的淨化技術,滿足鋁加工熔體淨化技術的多樣需求。
在線除氣是當(dāng)前各大鋁加工企業熔鑄的重點研究方向和發展對象,典型的在線除氣方式有採(cǎi)用透氣塞的過流除氣方式Air-Liquicle法、採用固定噴嘴方式的MINT 法以及旋轉噴頭除氣法。目前應用較爲廣泛的是旋轉噴頭除氣法,在國外有聯合碳化公司(現在的Pyrotek公司)較早研制瞭旋轉噴頭除氣裝置SNIF,法國的Alpur除氣裝置等,國内主要是西南鋁業自行開發的旋轉噴頭除氣裝置DFU、DDF等。這些除氣裝置均採用氮氣或氩氣做精煉氣體,或者兩者混合氣體加少量的氯氣等活性氣體作爲精煉氣,能有效的除去鋁熔體中的氫以及堿金屬或堿土金屬,還能提高渣液分離效果。
在線熔體過濾處(chù)理是去除熔體中非金屬夾雜物較有效、較可靠的一種方法,按其原理分爲餅(bǐng)狀過濾和深過濾,其過濾方式主要有玻璃絲布過濾、床式過濾器剛玉管過濾和泡沫陶瓷過濾等。較簡單的是玻璃絲布過濾,效果較好的是過濾管和泡沫陶瓷過濾闆。
3 晶粒細化
全鋁輕合金技術團隊大多具有中級、高級工程師及高級技師資格,爲研發、生産保駕護航,是一家專業的鋁合金鍛造廠家。此外,公司還聘請美國、法國和俄羅斯等國的行業研發專家,主要負責車間工藝布局設計、設備技術規範制定、工藝及模具設計、培訓體系建立、體系認證組織等工作。強大的團隊支撐使公司具備研究並制造較爲複雜的航空、航天、能源等領域高端鍛件的能力。

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