铝合金熔体处理之精炼非吸附法综述
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。
浅析提高铝合金熔体纯净度的方法
浅析提高铝合金熔体纯净度的方法铝及铝合金在熔炼过程中，表面极易被氧化生成Al2O3, 同时也极容易吸进气体，特别是氢气。
由于氢和氧化夹杂物的存在，会影响铸棒的纯净度，使铸棒产生气孔、夹渣等缺陷，容易造成后工序成品缺陷，特别是大铸锭铝棒，如果含氢量高或杂质含量高，极易在挤压过程中发生氢脆和膛模现象，对产品质量和生产效率有很大的危害。
因此，在实际生产中，我们需采用合理的净化方法提高铝熔体的纯净度，为后工序提供优质的铝棒。
铝熔体净化方法铝合金熔体的净化方法按其作用原理可分为吸附净化与非吸附净化两个基本类型。
吸附净化是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及固体氧化夹杂物发生物理化学、物理或机械的作用, 达到除气除杂的目的。
如吹气法、过滤法、熔剂法等。
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) , 改变金属与气体系统或金属与夹杂物系统的平衡状态, 从而使气体或固体夹杂物从铝熔体中分离出来。
如静置处理、真空处理、超声波处理等。
1 吹气法吹气法又称气泡浮游法, 是20世纪70 年代发展起来的铝熔体净化工艺，尤其对除氢有良好的效果。
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。
随着对熔体纯净度要求的提高，除氢技术也在不断的改善和发展，已从原始的单管喷吹到多孔吹头，发展到目前的旋转喷头。
20世纪80年代以来，采用旋转喷头吹气处理方法已成为国外先进的铝液净化技术的主要发展趋势，如美国联合碳化物公司研制的SNIF法，即旋转喷嘴惰性气体浮游法。
该设备设有两个石墨制的气体旋转喷嘴，气体通过喷嘴的转子形成细小分散的小气泡，同时随着转子搅动的熔体使气泡均匀的分散到整个熔体中，增加了气体与液体之间的接触面积，延长了气泡在铝液中的运动距离和停留时间，使气体体积增加，吸附熔体中的气体和氧化夹杂物浮游到熔体表面，从而达到除气、除杂的净化效果。
铝合金液熔体处理精练法(完整版)实用资料
铝合金液熔体处理精练法（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）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—精炼法制作人：张保林陕西工业职业技术学院铝合金液熔体处理一、铝合金液的精炼处理概述铝合金熔体的净化是获得优质铸件的前提。
由于原材料和在熔炼、转送、浇铸过程中的吸气、氧化，铝合金液很容易受到溶解的氢、非金属夹杂物和多余的碱或碱土金属的污染，使浇注的铸件容易产生针孔、气孔、疏松、夹杂物等缺陷，并对铸件的力学性能、抗腐蚀性、气密性、阳极氧化性能及外观质量产生较大的损害。
因此，在浇铸前必须对其进行精炼净化，除气排夹杂物，以提高合金液的纯净度。
铝合金液的精炼方法很多，根据精炼机理，可分为吸附法和非吸附法两大类。
二、吸附精炼法吸附精炼法是依靠精炼剂产生的吸附作用达到除去氧化夹杂和气体的目的。
精炼作用仅发生在吸附界面上，不能对全部铝液发生作用，效果受到限制。
具体又分为浮游法和过滤法两种。
（1）浮游法浮游法的原理是向铝液中通入惰性气体（通常为氮、氩或加入盐类所产生的气体）产生大量的气泡，由于气泡中氢的分压为零，因此借助于铝液和气泡中氢分压之差氢便不断扩散进入气泡并上浮逸出液面。
与此同时，由于浸润性的差异，铝液中的夹杂物能被吸附在与之接触的气泡上，随之上浮而排除，从而达到除氢排夹杂的目的。
根据精炼剂的不同，浮游法分为通氮法、通氩法、通氯法和氯盐精炼法等。
①通氮精炼氮气价格便宜，常用于精炼铝合金，如图1所示。
但它存在的不足处是：为防止大量氮化物夹杂（如AlN、Mg3N2等）的形成，处理温度较低（700～730℃），从而限制了氢的扩散能力。
实验结果表明，在大气压下熔炼时氮气气泡只能吸入约为本身容0.1积氢，精炼效果受一定影响。
氮气纯度要求高，含有微量氧和水分会极大地降低精炼效果，有资料表明，含氧量为0.5%即可使除气效果降低40%。
②通氩精炼精炼温度可提高到760℃，有利于增强氢的扩散能力。
铸造铝合金的精炼处理及质量控制
目录1 绪论 (1)1.1 铸造铝合金的现状与发展趋势 (1)1.1.1 铸造合金的现状 (1)1.2 未来发展趋势 (2)2 铝及铝合金 (3)2.1 铝的概述 (3)2.1.1 铝的简介 (3)2.1.2 铝材的发展史 (3)2.2 铝材的性质 (5)3 铸造合金的熔炼 (6)3.1 铸造合金熔炼前准备 (6)3.2 铸件质量的相关因素 (6)3.3 熔炼导致的缺陷分析及防止 (8)3.4 铸造铝合金的浇铸 (9)4 铝合金精炼及变质处理 (11)4.1 精炼工艺选定及变质处理 (11)4.1.1 精炼工艺选定 (11)4.2 变质处理 (16)5 铸件质量检验 (22)5.1 铸造铝合金质量检验 (22)5.1.1 铸件检验程序及方法 (22)6 结论 (24)致谢 (25)参考文261绪论1.1 铸造铝合金的现状与发展趋势1.1.1铸造合金的现状铸造铝合金为传统的金属材料由于其密度小、比强度高等特点广泛地应用于航空、航天、汽车、机械等各行业。
随着现代工业及铸造新技术的发展对铸造铝合金需求量越来越大。
例如80年代末到90年代初在铸件总量停滞甚至下降的时候日本的铝铸件产量一直保持着年递10%左右的高增长率[1]。
又以汽车工业为例由于要降低能耗汽车需减重各国广泛地采用铝等有色铸件代替钢铁铸件。
到2001年小汽车总重将降低为800kg其中钢铁零部件为200kg铝合金零部件为275kg镁合金将增为40kg[2]。
而汽车零部件70%为铸件由此可以看出铸造铝合金的研究及应用将继续得到发展。
铸造铝合金的研究一直备受关注由于铝合金的熔点相对较低故许多学者以其为对象研究铸造过程的机理。
同时为全面发挥铝合金潜力在铝合金熔炼工艺及铸造工艺上的研究较多如:铝合金净化、变质、细化、合金化、纯化等这些先进的工艺技术研究旨在改善铸造合金的工艺性进一步提高合金的性能生产出优质铸件以满足人们对铸件的越来越高的要求。
此外许多特种铸造铝合金也相继研制出如高强度铸造铝合金ZL205A，Pb可达500MPa;耐热铸造铝合金ZL208使用温度为250～350℃[3]。
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
铝合金熔体的熔剂精炼
铝合金熔体的熔剂精炼 Revised as of 23 November 2020铝合金熔体的熔剂精炼本文介绍了熔剂精炼在铝合金熔体净化过程中的作用，熔剂的分类和要求，常用熔剂的组成，适用范围及使用方法等。
在铝及铝合金熔炼过程中，氢及氧化夹杂是污染铝熔体的主要物质。
铝极易与氧生成A1202或次氧化铝(Al2O及A10)．同时也极易吸收气体（H）其含量占铝熔体中气体总量的70—90％，而铸造铝合金中的主要缺陷——气孔和夹渣，就是由于残留在合金中的气体和氧化物等固体颗粒造成的。
因此，要获得高质量的熔体，不仅要选择正确合理的熔炼工艺，而且熔体的精炼净化处理也是很重要的。
铝及铝合金熔体的精炼净化方法较多，主要有浮游法、熔剂精炼法、熔体过滤法、真空法和联合法。
本文介绍熔剂精炼法在铝合金熔炼中的应用。
1熔剂的作用熔盐熔剂广泛地用于原铝和再生铝的生产，以提高熔体质量和金属铝的回收率[]。
熔剂的作用有四个：其一，改变铝熔体对氧化物(氧化铝)的润湿性，使铝熔体易于与氧化物(氧化铝)分离，从而使氧化物(氧化铝)大部分进入熔剂中而减少了熔体中的氧化物的含量。
其二，熔剂能改变熔体表面氧化膜的状态。
这是因为它能使熔体表面上那层坚固致密的氧化膜破碎成为细小颗粒，因而有利于熔体中的氢从氧化膜层的颗粒空隙中透过逸出，进入大气中。
其三，熔剂层的存在，能隔绝大气中水蒸气与铝熔体的接触，使氢难以进入铝熔体中，同时能防止熔体氧化烧损。
其四，熔剂能吸附铝熔体中的氧化物，使熔体得以净化。
总之，熔剂精炼的除去夹杂物作用主要是通过与熔体中的氧化膜及非金属夹杂物发生吸附，溶解和化学作用来实现的。
2熔剂的分类和选择2．1熔剂的分类和要求铝合金熔炼中使用的熔剂种类很多，可分为覆盖剂(防止熔体氧化烧损及吸气的熔剂)和精炼剂(除气、除夹杂物的熔剂)两大类，不同的铝合金所用的覆盖剂和精炼剂不同。
但是，铝合金熔炼过程中使用的任何熔剂，必须符合下列条件[]。
铝合金熔体净化工艺
铝合金熔体净化工艺3Ξ上海交通大学 蒋海燕ΞΞ 孙宝德 倪红军 丁文江摘 要 分析总结了各种铝合金熔体净化方法的技术特点,并简要介绍了最新发展的新工艺。
在旋转喷吹除氢的基础上,提出了一种脉冲进气法,可使喷吹出的气泡尺寸减小至μm 级,大大提高了气泡在熔体中的比表面积,与传统的恒压进气方式相比较,脉冲进气法可增加进气压力,减小转子转速,使熔体液面平稳并可削弱合泡现象。
关键词:铝合金 净化 工艺中图分类号:TF111.18 文献标识码:A 文章编号:1001-2449(2001)02-0048-02图1 连续净化装置示意图1 熔体净化方法铝合金净化方法按其作用原理可分为吸附净化和非吸附净化两个基本类型。
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的、物理的或机械的作用,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、熔剂法等等。
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2气体系统或金属2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。
属于非吸附净化方法的有:静置处理、真空处理、超声波处理等。
1.1 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[1,2]。
吹气法是20世纪70年代发展起来的铝熔体净化工艺[3],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[4,5]。
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。
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铝合金熔体处理之非吸附精炼法
制作人：张保林 陕西工业职业技术学院
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铝合金未精炼前组织
铝合金精炼后组织
如何提高 铝合金的 力学性能 呢？
可以看出，铝合金的精炼处理明显减小了缺陷大小，改善了组
织，从而提高了铝合金的质量。
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THANKS
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浮游法
Байду номын сангаас超声波处理
吸附精炼法
过滤法
非吸附精炼法
直流电精炼
真空精炼
联合精炼法
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超声波处理
原理：向铝液通入弹性波时，弹性振荡经过液体介质（熔液) 传播产生空穴现象，使液相连续性破坏，在铝液内部产生了 无数显微“空穴”，溶入铝中的氢逸入这些空穴中，成为气 泡核心，继续长大成为气泡，逸出铝液，达到精炼目的。 效果：枝晶振碎，成为结晶核心，因而能够细化晶粒。
精炼处理的方法
铝合金液
精炼处理
根据精炼机理，可分为吸 附法和非吸附法两大类。
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非吸附法
依靠其他物理作用达到精炼目的的精炼方法， 统称非吸附精炼法。它对全部铝液有精炼作用，因 此效果比较好。
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种以上的精炼工艺。
联合精炼法的使用
联合
精炼法
为了进一步提高铝液质量。 或者某些牌号铝合金要求严格
控制含气量及夹杂物时 。
主要方法：通惰性气体一熔剂联合精炼 ；过滤一通情性气体 ；氯盐 一过滤；吹氮＋CCl4精炼；六氯乙烷一高冰晶石粉熔剂；电渣精炼。
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真空精炼
缺点：除夹杂效果不理想，并且需一套真空设备，熔炼、浇 铸、维修技术要求高，工艺流程较复杂，因此只适于同一牌 号的重要铝铸件批量生产，而对批量小，合金牌号多的小铸 件生产不宜采用。
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铝 合 金 精 炼 的 设 备 与 装 置
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小结：
这节课学习了铝合金 熔体处理——非吸附 精炼法！
思考题：
1、非吸附精炼法中的超声波处理原理是什么？ 2、非吸附精炼法中的真空精炼应用了什么原理？它有何优缺点？
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直流电精炼
1－自耦变压器；2－整流器；3－换向开关；4－电压表；5－安培表；6－电极
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直流电处理装置
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真空精炼
原理：将待精炼的铝液置于真空室内，在一定温度下静置一 段时间，由于液面上氢的分压大大降低，导致溶入铝液中的 氢强烈的呈气泡析出并带走氧化夹杂，达到净化铝液的目的。 优点：针孔等级和合金力学性能明显提高；变质处理和真空 精炼可同时进行，这样可避免变质处理时的二次吸气，且提 高了生产率。
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联合精炼
在N2-Cl2混合气体中加入CO，能使精炼效果进 一步提高，这种精炼方法称为三气联合精炼法。混 合气体采用Cl2︰CO︰N2＝1︰1︰8。
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联合精炼法的原理
就是同时采用两种或两
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铝合金熔体处理之精炼法
01 精 炼 法 概 述
非
铸铝车间
吸
附
法 02
03 小 结 与 思 考 题
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精炼处理的目的
除气排夹杂物，以提高
合金液的纯净度。