铝液中氢含量的测定
铝合金熔炼工艺与质量控制
— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— 作 者 简 介 ：赵一粟（1990-），男，浙江萧山人，硕士，研究方向为车
铜含量为 2.0%~4.0%,锌含量不超过 3%，硅含量为 7.5%~
辆工程方面。
12.0%，具有较高的力学性能、良好的压铸工艺能力和机械
Internal Combustion Engine & Parts
上述损耗一般按元素的上下限的平均化学成分来计 算，对于烧损大的或从力学性能等需要出发取上限的元 素，则取上限值来计算。通常铝合金在熔化过程中烧损率 在 2%~4%，故在熔化的过程中要添加精炼剂来确保铝合 金熔液中的化学元素可以满足规定要求。通常精炼剂添加 比例为烧损重量的 10%~15%即可，例如 2 吨集中熔化炉 每次精炼要放入 8kg~12kg 的精炼剂，才能确保铝液化学 成分符合要求。
2 铝液化学元素管控 压铸铝合金按所含基本元素可将其铸造铝合金分为 Al-Si 合金、Al-Cu 合金、Al-Mg 合金、Al-Zn 合金等，因为 各自的化学成分差异，从而导致其力学性能和物理性能也 有所差异。如铝合金中 Mg 含量增加到 0.3%时，其铸件的 机械性能会有显著提高，但同时会在压铸时增加粘模倾向 性，整体充型能力降低。若 Mg 含量继续增加时铸件耐腐 蚀能力降低，充型能力急剧降低。在国际上因地缘差异，压 铸铝合金主要有美国标准、欧盟标准、日本标准和国标。例 如美国高强度 Al-Si-Cu 合金 （SC84A/SC114A/SC84B）中
3 铝合金熔液除气和测氢 压铸铝合金在熔炼过程中的吸氢是导致铝合金铸件 形成针孔、降低气密性能和力学性能的主要原因[3]，所以要 采用各种措施来严格控制氢气等气体的含量。熔炼过程中 控制含氢量的措施见表 3。
定性分析铝液测氢仪
定性分析铝液测氢仪现代铝合金铸造要求越来越高，提高铸造质量是一个系统过程。
从原材料加工、存放、再融化、铸造、后期处理都需要严格的质量控制过程。
在融化过程中含氢量高低对铸造质量起到至关重要影响，如何判断铝液含氢量就成为必要工艺。
一、铝液测氢仪简介：原理：依据减压凝固检验法设计。
利用真空抽气技术使液态试样中的氢快速析出，待试样凝固后，可以通过试样同标准试样表面质量的对比来判定铝液的氢含量是否达到要求，也可通过计算得出试块的实际比重，与标准比重比较来判断该铝液是否达到要求。
由于铝液是在真空中凝固，其整个凝固过程不受外界空气的影响，测得试样的含氢量就是坩埚取样时的含氢量。
设备具有检测准确、运行可靠、易于操作、维护简便等优点，是铝制件厂检测含氢量的理想设备。
二、铝液使用范围对铝液质量进行定性分析，初步判定铝液质量。
减压凝固是在减压（一定真空度）条件下，观察铝液试样冷却凝固时析出气泡的情况（或观察试样断面形状，含孔状况并与标准试样相对比；或根据试样的密度与该合金真实密度之比），以此间接定性确定铝液中的含氢量。
此法简单，快速，适合目前大多数铝铸件生产厂家应用。
试验时，从准备压铸的铝熔体中小心地从心部取少量熔体（100g左右）试样进行试验，试样倒入经预热的坩埚（钢质坩埚必须喷涂脱模剂）内，立即（小于30秒）放入真空室内，和真空泵接通并密封真空室后迅速抽真空到一定的真空度，在一定的真空度下溶解在铝液中的气体开始析出，从熔体表面逸出气泡，同时在试样内部形成气泡。
并在试样的表面可以看到凸起现象。
三、铝液含氢量对铸件危害氢是唯一大量溶于液态中的气体。
由于氢的存在，铝铸件极易产生针孔、气孔等缺陷它导致铸件的力学性能、内部质量大为降低；为此人们在铝铸件的生产过程中采用多种方法针对铝液进行精炼、除气、以减少铝液中的氢含量，从而减少防止铸件缺陷的产生，所以在浇注前如何简单、直接、快速地定性或定量确定铝液中氢的含量，以确保获得合格的铸件，一直是国内外学者研究热点。
合金元素对铝合金熔体中氢含量的影响
合金元素对铝合金熔体中氢含量的影响孟令奇;程世伟;张恒华【摘要】以A356铝合金为基体合金,添加不同含量的Mg、Cu、Mn合金元素,然后在730℃下熔炼,保温30 min后减压浇铸,并利用减压凝固试样密度法来测量氢含量,以研究不同合金元素对铝熔体氢含量的影响.研究结果表明,合金元素Mg很大程度上加重了铝熔体的吸氢倾向,合金元素Mn也会增加铝熔体的吸氢倾向,但程度不大;而Cu则降低铝熔体的吸氢倾向.【期刊名称】《上海金属》【年(卷),期】2016(038)006【总页数】5页(P38-42)【关键词】A356铝合金;氢含量;合金元素;减压凝固法【作者】孟令奇;程世伟;张恒华【作者单位】省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室、上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室和上海大学材料科学与工程学院,上海200072;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室、上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室和上海大学材料科学与工程学院,上海200072;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室、上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室和上海大学材料科学与工程学院,上海200072【正文语种】中文由于铝及其合金材料具有优良的物理性能、良好的加工成型性等特点，因此被广泛地应用于汽车制造中。
汽车轻量化是汽车工业的发展方向，铝合金则是轻量化的关键金属材料［1］。
为了提高铝合金性能，研究者们常常向铝中添加合金元素以得到符合性能要求的铝合金，但这些元素在一定程度上可能会对熔体中氢含量产生影响，从而在另一方面又不同程度地影响铝合金的性能。
铝合金中主要气体是氢，由于氢的存在，使铝铸件中产生大量气孔，严重影响了铝铸件的质量和成品率［2］。
目前，人们对铝熔体中的氢已经进行了大量的研究和分析。
闫红涛等［3］介绍了铝熔体中的氢的来源及其存在形态，讨论了铝液中氢的溶解度及其影响因素，并分析了熔体中的三种三氧化铝夹杂对氢含量的影响。
铝液测氢仪使用说明书
256M以上 1152X864或1024x768 一个
USB口
一个
11.5kg 1kg
3
铝液测氢仪说明书 HAD-Ⅳ快速测氢仪
概述
1.1. HDA—Ⅳ测氢仪的应用 HDA－Ⅳ测氢仪能直接测量铝及铝合金熔体中的氢，该仪器具有良好的可靠性和对同一试样的重现性，是一款便
携式、全自动化的测量仪器。 该仪器适用于工厂产品质量保证和控制、生产线工艺参数设计等方面。 HDA－Ⅳ测 氢仪的测量方式有两种，一种是在铝及铝合金铸造流槽中进行测量，另一种是在铸造铝合金的坩锅中进行测量。 作为一种质量保证和工艺参数设计的工具，HDA－Ⅳ测氢仪能直接测定产品熔体氢含量是否低于工厂的预期水平。 通过有规律地使用HDA－Ⅳ测氢仪，用户可获得大量具有统计意义的氢含量数据，分析这些数据与工厂工艺设备的 工作状况、铝熔体精炼气体的纯度和种类、工厂当时当地的环境湿度等的关系，可以为工厂提高产品质量的方式 方法提供基本的相关资料。HDA－Ⅳ测氢仪可以方便、快速地检查工厂熔体氢含量水平是否偏离正常状态。特别是 在某些特殊情况下，如在线除气装置是否有故障、流槽或保温炉是否是新建的，当天的大气湿度是否高于平时正 常水平等。 1.2. 说明书简介
本使用说明书的目的是帮助用户更好地掌握、使用好仪器，请操作人员在使用前仔细对照仪器进行阅读和理 解。它介绍了仪器的工作原理、描述了仪器各部份的功能，对仪器的安装、调试、常规校验和维护做了比较详细 的介绍。 所有的HDA测氢仪在给定条件下应获得相同的测量结果。用国家标准局认定的标准物质—气体标样，按 照本说明书给定的步骤对仪器进行标定是获得准确读数的唯一途径。 1.3. 供电
7
待机湿度 工作温度 工作湿度 外形尺寸和重量 仪器
10－60% 10－60℃ 10－90%
测氢仪手册-中文版
Analye IT ALSCAN TM手册铝液测氢仪技术规格*只有连续监控选项安装时才可用。
目录技术规格 (2)目录 (4)第一章介绍 (8)1.1ALSCAN TM应用 (8)1.2手册范围 (9)第二章安全 (10)2.1资料 (10)2.1.1 保护用地线 (10)2.1.2 操作ALSCAN TM之前 (10)2.1.3主要的供电要求 (10)2.1.4保险丝类型 (10)2.1.5主要电源的接线 (10)2.1.5操作环境 (11)2.2指示 (11)2.3标识 (12)第三章操作原理 (13)3.1铝熔体内氢的由来 (13)3.2氢-铝系统 (13)3.3S IEVERT规律 (14)3.4测量的原理 (17)第四章设备描述 (19)4.1设备描述 (19)4.1.1 测氢仪 (19)4.1.1.1 循环管路 (19)4.1.1.2 气源 (20)4.1.1.3 电路 (21)4.1.1.4 隐藏控制 (22)4.1.1.5 热敏打印机 (23)4.1.2 探头 (25)4.1.3 系统动态：氢含量的确定 (26)4.2探头失效监测和氢含量超标报警组件 (28)4.2.1 探头失效监测 (28)4.2.1.1 如何选择探头失效监测 (29)4.2.1.2 氢含量报警 (29)4.2.1.3 热电偶干扰过滤 (31)4.3连续监控选项 (32)4.3.1 计算绝对湿度 (33)4.3.2 计算来自周围空气中的湿气含量计算氢含量 (34)4.4.1 错误信息 (36)4.4.2 警告信息 (39)第五章软件描述 (43)5.1软件的安装 (43)5.2主要窗口 (44)5.2.1 测验和文件明细 (45)5.2.2 被选定测试的数字数据 (45)5.2.3 一般和故障维护参数 (46)5.2.4 错误警告 (48)5.2.5 主要按钮和仪器状态 (48)5.2.6 图形数据 (49)5.3菜单功能 (52)5.3 菜单功能 (52)5.3.1 文件菜单的功能 (52)5.3.1.1 Move files...移动文件. (52)5.3.1.2 Print Test... 打印测试. (53)5.3.1.3 P rint Derectory...打印目录 .. (53)5.3.1.4 Test Label...测试标识 . (53)5.3.1.5 Comments...注释 (53)5.3.1.6 Exit退出 (54)5.3.2 仪器菜单功能 (54)5.3.2.1 Start Test/Stop Test...开始和终止测试 .. (54)5.3.2.2 Change Unit Parameters...改变仪器参数 . (54)5.3.2.3 Calibration...刻度、标准.. (58)5.3.2.4 Calibration file刻度文件 (59)5.3.2.5 Load Firmware to Unit装载仪器固件 (59)5.3.2.6 Transfer from Unit Memory to Computer...传输内存数据到计算机. (62)5.3.3.1 Chart Parameter...图表参数. (64)5.3.3.2 Password Protection密码保护 (65)5.3.3.3 Preference...优先选择. (65)5.3.4 帮助菜单功能 (66)5.4S TARTING A MEASUREMENT...启动测量 (67)5.5R EVIEWING DA TA...查看数据 (67)5.6一台电脑连接两台分析仪 (67)5.7测试数据文件的格式 (68)5.7.1 旧版测试数据文件的格式 (73)5.7.1.1 读取旧的文件 (73)5.7.1.2 修改旧的文件 (73)5.8如何安装新版本的软件 (76)5.8.1 保存ALSCAN TM刻度 (76)5.8.2 新软件的安装 (77)5.8.3 安装ALSCAN TM新固件 (77)5.8.4 仪器装载刻度文件 (82)6.1探头臂的安装 (84)6.2气瓶压力和吹气压力 (84)6.2.1 对可充气罐进行充气 (84)6.2.2 “清除”压力的调准 (85)6.3探头的安装 (86)6.4热电偶的安装 (86)6.5远程监测和连续监测的安装 (86)6.5.1 设备的安装 (87)6.5.2 电、气源 (87)6.5.2.1 电源 (87)6.5.2.2 外接氮气源 (87)6.5.3 计算机安装 (89)6.5.3.1 （计算机）通讯软件的安装 (89)6.5.4 RS422 通讯连接 (89)6.5.4.1 电缆 (89)6.5.4.2 接头和安全接地 (89)第七章系统操作 (91)7.1操作条件 (91)7.2运行模式 (91)7.2.1 只用作仪器 (91)7.2.2 ALSCAN测量后使用的电脑软件 (91)7.2.3 连续监控（ALSCAN和电脑） (92)7.2.4 多台ALSCAN与同一台电脑相连 (92)7.3仪器的操作 (92)7.3.1 模式开关在仪器上的位置 (93)7.3.1.1 RUN/NORMAL 模式 (93)7.3.1.2 ADJ模式 (93)7.3.1.3 CAL模式 (95)第八章系统应用 (96)8.1基础应用：流槽在线测量 (96)8.1.1 从零开始 (96)8.1.2 当探头已经在铝液中的时候开始测量 (98)8.2在难以触及的地方进行测量 (99)8.2.1 调整延长探头的夹持臂的形式 (99)8.2.2探头与延长臂一起移动 (99)8.2.3探头的放入 (99)8.2.3.1探头的放入深度 (99)8.2.3.2以一定的角度放入探头 (100)8.2.4避免探头悬臂暴露在高温下 (100)8.3选择最佳的探头 (100)8.3.1 用于加工合金的ALSCAN探头— P/N HME0200D (100)8.3.2 用于铸造合金的ALSCAN探头— P/N HME0300D (102)8.3.3 用于连续监控的ALSCAN探头— P/N HME1200D (103)8.4分析仪的热防护 (104)8.5检测探头故障 (104)8.6实用的提示 (107)8.6.1 改变测量的持续时间 (107)8.6.2 关闭探头移动（Probe Stirring） (107)8.6.3 放弃初始测量 (108)8.7系统存放的建议 (109)第九章维护 (110)9.1定时调整和服务 (110)9.1.1 打印机加纸 (110)9.1.2 更换过滤片和密封垫 (111)9.1.3 搅动马达基座和杆的调整 (112)9.2校准单元（HMB0600D） (113)9.2.1 泄漏检测 (113)9.2.2 流量检测 (116)9.2.3 泵压检测 (118)9.2.4 标度校验 (120)9.2.5 校准程序 (122)9.2.6 经核准的刻度 (126)9.3故障排除 (127)9.3.1 气路故障 (127)9.3.1.1 回路泄漏 (127)第一章介绍1.1 ALSCAN TM应用ALSCAN TM系统直接测量溶解在铝液里的氢含量。
炉料质量对铝合金熔铸质量的影响及应对措施
炉料质量对铝合金熔铸质量的影响及应对措施作者：腾志贵来源：《中国科技博览》2019年第13期[摘要]铝合金熔铸质量关乎铝合金产品的质量优劣，关乎后续工序的质量。
而铸熔质量的好坏又有赖于炉料质量。
本文从电解铝液与中间合金两项炉料内容，探讨炉料质量对铝合金熔铸质量的具体影响，针对不利影响提出应对之策。
[关键词]铝合金；炉料质量；影响中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0036-02铝合金以其高强度、低密度、可塑性、导电性、导热性、抗蚀性等优势被越来越广泛的应用于工业生产之中，航空、航天、机械制造、汽车、船舶制造等领域应用最为广泛，这些领域对于铝合金质量有着极高的要求。
而铝合金质量的控制应用首道加工环节，即铸熔环节入手。
而要保证铸熔质量，需从对炉料质量的控制出发，炉料囊括点解铝液、重熔铝锭、纯金属铸锭、合金添加剂、公益废料等。
所谓炉料质量主要指炉料的表面、内部组织结构、受污染度、比表面积等。
为有效把控铝合金铸熔质量，本文从炉料质量出发，探究其对铝合金熔铸质量的影响，探讨铝合金熔铸的质量保证措施。
1电解铝液对铝合金铸熔质量的影响及其应对措施基于电解铝液生产铝合金铸锭中，电解铝液占据炉料总量的70%-80%。
可见，电解铝液质量直接关系到铝合金熔铸质量。
因此，本文基于电解铝液特点探究炉料质量对铝合金熔铸的具体影响。
1.1电解铝液特点温度在950℃下，以冰晶石Na3ALF6为电解质溶剂，以氧化铝为溶质，由碳阳极对其进行还原。
生产过程中的化学反应为：2Al2O3+3C=4AL+3CO2从反应式可看出，电解生产中，氧化铝、氟化盐、碳阳极皆含杂质，主要有CaO，H2O，Na2O，Fe2O3，MgO等，正因上述杂质的存在易影响电解铝液质量，使其呈现出如下特点：（1）高温。
从电解槽中还原出的电解铝液，可达到920℃以上的高温，再由铝液运输车辆将其运输至铝合金铸熔车间熔炼炉中进行熔炼处理，在此过程中温度有所下降，然而整体温度仍然在850℃左右。
用电解铝液生产大规格8079_铝合金扁锭的低液位铸造工艺
0前言铝合金箔材已广泛应用于食品、药品包装以及空调生产等行业。
生产箔材用的铝合金有1×××系、3×××系和8×××系，但应用最为广泛的是1×××和8×××铝合金。
多年来，国内生产双零箔材主要使用1235铝合金，而欧美国家则主要采用8079铝合金。
与1235合金相比，8079合金的Fe、Si 含量较高，用于生产铝箔坯料时具有更高的力学性能，轧制时可以采用较高的轧制速度而不至于断带，提高铝箔生产效率，因此，国内铝箔加工企业逐渐开始使用8079替代1235进行铝箔生产[1]。
某公司生产大规格8079铝合金扁锭，该扁锭用来轧制厚度为0.006mm 的双零铝箔。
为此，进行了大规格8079铝合金扁锭熔铸工艺试验研究。
18079铝合金的化学成分8079铝合金的化学成分见表1。
表18079铝合金的化学成分（质量分数/%）Si0.05～0.3注：Na ＜5×10-6；Ca ＜3×10-6；Li ＜0.7×10-6；Pb ＜8×10-6Fe0.7～1.3Cu0.05Mn —Mg —Zn0.10Cr—Ti—其他杂质单个0.05合计0.15Al余量2双零箔轧制用8079铝合金扁锭的规格及质量要求（1）8079铝合金扁锭的规格为380mm ×1950mm×6000mm。
（2）8079铝合金扁锭的质量要求如下：①氢含量＜0.12ml/100g ⋅Al；②晶粒度≤1级，粗晶层厚度≤5mm，疏松≤1级，铸锭低倍组织中不得有夹渣、裂纹等影响使用性能的铸造缺陷；③为保证大面10mm、小面5mm 的铣面量，铸锭表面不得有深度≥3mm 的冷隔、拉痕及碰伤，不得有表面夹渣、漏铝和外来压入物等缺陷。
38079铝合金扁锭的熔铸难点（1）8079铝合金中Fe 含量高达0.7%～1.3%，由于Fe 元素比重大，在熔铸过程中容易产生成分偏析。
铝合金的吸氢及析氢过程机理
式中为分压为的氢溶于金属液平衡常数。固体金属中氢原子的实际浓度为
式中CH，S为固体金属中氢原子的平衡浓度，是分压为的氢向固体金属溶解氢的平衡常数。
∑P内=PH2(MPa)
式中KH2为H2向铝液溶解的平衡常数，只是温度的函数。结晶过程中，随晶体数量增多，剩余熔体中氢原子浓度CH逐渐升高，相应平衡氢分压也在增大，直至凝固结束。在此之前PH2达到∑P外就可能从熔体中产生出氢的气泡。泡外压力应包括大气压力、金属静压力、气泡表面的附加压力、结晶力(凝固过程中连续网状枝晶的长大过程中对气体析出的影响力)，即
1铝与气体反应的热力学
借助某些复杂气体的生成反应，可求出等温等压下铝与一些气体发生反应的热力学数据。
注：*计算数据来源于文献［1］、［2］、［3］
体反应的趋势很大。因此，既使气体分压很小，反应也会立即发生。例如，生成γ-Al2O3的反应在po2大于4.71×10-41Pa就能进行(1000 K时)；1000K时水蒸汽对铝液的氧化平衡分压仅为2.624×10-14Pa而空气中水的平均分压为758 Pa，是铝液氧化平衡水蒸汽分压的2.89×1016倍。其它气体亦能在较低分压下与铝液发生反应，在1000 K时PCH4大于26Pa时反应5即能正向进行；CO，CO2接触铝液其分压力分别大于1.75×10-10Pa和5.75×1023Pa时即能生成碳化铝和氧化铝；生成AlN的反应在N2的分压大于1.689×10-10Pa条件下就能发生。然而从表一所列反应8和反应10可以看出碳化铝和氮化铝在潮湿的空气中极不稳定，只要空气中水蒸汽分压达到1Pa它们又都转变为氧化铝和CH4和NH3。由此可见铝与气体的反应主要生成氧化铝；而与含氢气体的反应形成的原子氢则溶入熔融态的铝中，是铝合金吸氢的主要途径。
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ρ＝m1/ m1- m2.ρ0
m1空气中的质量
m2水中的质量ρ0液体密度=1 Nhomakorabeam170.2 60.5 m153.7 51.9
m243.3 37.4 m233.5 32.3
六、实验结果及分析
试样密度越大，越致密，气孔越小，含气量越小，反之，含气量越大
实验报告打印格式说明
氢在液态铝中的溶解度很大，而几乎不溶于固态铝中（如图所示）。铝液中正常的含氢量为0.10～0.40ml／100g，氢在固态铝中的溶解度约为0.10ml/100g，在700℃附近的液态铝中约为0.8m1／100g（H2为1个大气压条件下）
当铝熔体凝固时，超过临界含量的原子态氢析出，形成氢分子，部分氢分子就可逸出，大部分氢分子因吸随作用而被留住。氢气分子聚集形成气孔、针孔、疏松和“白点”等缺陷，破坏金属的连续性，显著降低机械性能。氢在铝液中的溶解度最大，约占合金中气体总量的80％～90％。所以铝合金中的含气量主要是指氢含量。为了准确的检测除气效果，必须建立快而准的炉前测氢方法－减压凝固试样法。减压凝固检验是在减压（-0.090MPa～-0.095MPa）条件下，先制备试样，然后再对试样进行观察、检测，以此间接定性确定铝液中含氢量多少的方法
1.标题：三号加粗黑体
2.开课实验室：5号加粗宋体
3.表中内容：
(1)标题：5号黑体
(2)正文：5号宋体
4.纸张：16开(20cm×26.5cm)
5.版芯
上距：2cm
下距：2cm
左距：2.8cm
右距：2.8cm
说明：1、“年级专业班”可填写为“00电子1班”，表示2000级电子工程专业第1班。
2、实验成绩可按五级记分制（即优、良、中、及格、不及格），或者百分制记载，若需要将实验成绩加入对应课程总成绩的，则五级记分应转换为百分制。
三、使用仪器、材料
CQY-01型铝液测氢仪
ZL102
四、实验步骤
取100g左右的铝液倒入预热的小坩埚内，随即将小坩埚迅速（<30S）放入真空泵室内的绝热垫上，密封真空室立即开启真空泵抽出室内的空气，造成真空，观察铝液表面的变化。
1凝固状态法2剖面状态观察法3测量密度法前两种分析方法，经验性较强，无法定量，测量密度法结果准确、可靠、实用
《铝液中氢含量的测定》实验报告
开课实验室：年月日
学院
年级、专业、班
姓名
成绩
课程
名称
实验项目
名称
指导教师
教师评语
教师签名：
年月日
一、实验目的
1.了解铝合金中氢含量的检测方法
2.学习和掌握测氢方法的机理
二、实验原理
铝合金在熔炼中最重要的工作就是精炼，精炼是为了去除溶解在铝液中的气体，在熔炼的过程中经常遇到的气体有O2、N2、H2O、CO、CO2、H及CmHn等，