对我国铝熔体净化应用现状及发展趋势的认识

摘 要：本文论述了我国铝熔体净化应用的现状及未来发展趋势，为我国铝熔体净化应用走持续、稳定及健康的发展道路提供了一定的见解。

关键词：铝熔体净化;现状;发展趋势

一、对铝熔体净化应用的分析与认识

目前对铝合金熔体洁净度的要求主要以氢的含量来衡量。其一般是国内先进水平为0.15ml/100gA1;国际领先水平达到0.l0ml/100gA1，而世界创新水平在0.08ml/100gA1以下。根据铝合金品种和用途的不同，对熔体纯净度的要求存在一定差异。其通常从氢含量、非金属夹杂和钠含量等几方面来控制。

a、国内铝合金净化的研究现状

国内在熔剂领域的研究还是比较多的。许峰等为了改善铸造铝硅合金的组织和性能，采用含有Na、K、B的新熔剂，获得了较好的效果。白世鸿等采用几种熔剂净化Al-4.5%Cu合金熔体，获得25℃-60℃的过冷度，并得出采用80%BaCl2、20%MgC12粘性熔剂优于其它配方的结论。

b、我国铝合金净化的行业现状

通常铝熔体中含有0.4ml/100g Al-0.8ml/100g Al的氢。铝熔体除气处理后的氢含量一般都在0.1ml/100g Al-0.2ml/100g Al。而飞机零件氢含量有时要求不超过0.1ml/100g Al，而目前国内铝熔体除气的先进水平能达到0.lml100g Al左右。此外，液态铝的精炼还有ALPUR法以及真空处理法。

二、依靠技术进步，以促进铝熔体净化应用的可持续发展

1.铝合金熔体的净化处理

a、铝熔体中的气体和夹杂物

（1）气体和夹杂物的形态。铝合金熔体中的气体主要是氢气（体积分数约为60%～90%），其次是氮气、氧气、一氧化碳等。氢气几乎不溶于固态铝。但在液态铝中的溶解度很大，且随温度的升高而增大，每100g铝液在固相线上下的含氢量分别为0.65ml和0.034ml（在0.1MPa条件下）。而实际上，铝合金一般要求每100g铝液含氢量为0.1ml-0.2ml。航空用铝合金要求每100g铝液含氢量低于0.06ml。

（2）铝合金熔体中气体和夹杂物的来源。铝合金是在一定的炉气中熔炼而成的。高温状态下熔体与炉气中的N2、O2、H2O、CO2等接触，在接触界面上会发生相互作用，产生化合、分解、溶解和扩散等过程。

b、铝熔体净化技术及净化原理

熔体净化方法有吸附净化、非吸附净化和过滤净化三大类。

吸附净化的原理是，向熔体内吹入气体比如氮气、氢气、混合气或加人熔剂，通过其与铝液的反应，获得气泡，然后利用这些小气泡在上浮过程中吸附氢气和夹杂物，并带到液面实现除气和去渣。

c、铝合金熔体净化工艺的分类

铝合金熔体净化的分类方法很多。通常按以下3种方法进行分类：按工艺节奏可以分为在线式和间歇式;按净化位置可以分为炉内和炉外净化;按工作原理分为吸附净化和非吸附净化两大类。这3种分类方法各有特点。其有时相互交叉，互相补充。

2.铝合金熔体传统净化工艺的改进

a、吸附净化工艺

吸附净化是指通过铝合金熔体直接与吸附剂（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、物理化学或机械作用，从而达到除气、除杂的目的。

（1）气泡浮游法。气泡浮游法又称吹气法。其是20世纪70年代与20世纪80年展起来的铝合金熔体净化工艺。其主要用于除氢。其是将具有惰性性质的气体通入铝合金熔体内部形成气泡，而熔体中的氢在分压差的作用下扩散进入到这些气泡中，并随气泡一起上浮至液面而被排除，从而达到除气的目的。

（2）过滤法。过滤法是让铝合金熔体通过中性或者活性材料制造的过滤器，借以分离悬浮在熔体中的固态夹杂物的净化方法。其主要包括玻璃丝布过滤、刚玉微孔陶瓷管过滤与陶瓷饱沫过滤等。

（3）熔剂法。熔剂法就是在铝合金熔炼过程中将熔剂加人到熔体内部，通过一系列物理化学作用，达到除气除杂的目的。

b、非吸附净化工艺

非吸附净化是指不依靠向熔体中添加吸附剂，而是通过某种物理作用（如真空、超声波、密度差等），改变金属气体系统或金属-夹杂物系统的平衡状态，从而使气体和固体夹杂物从铝合金熔体中分离出来。

3.铝合金熔体净化新工艺的发展

a、旋转脉冲喷吹工艺

气泡浮游法的效果取决于惰性气体的性质和纯度、气泡的大小和气泡在熔体中的分散程度等多种工艺参数。如何进一步减小气泡尺寸和改善气泡在熔体中的分布是提高气泡浮游法除气率的关键。

b、超声波净化技术

超声波净化是一种环境友好且相对便宜的工艺。其即使用高密度超声波振动，也能在铝合金熔体中产生振荡压强。

c、电磁净化技术

传统的过滤净化技术只能有效清除微米级大小的夹杂物，而且过滤效率很低。近年来，电磁净化技术越来越得到人们的重视。该技术的突出特点是利用非金属夹杂物与液态金属之间导电性的巨大差异实现两者的分离。

a、要研制出适合工业生产的合理的熔体净化工艺。首先其需要进一步加强熔体净化工艺基础理论的研究，即以物理化学、材料化学为基础，研究氢以及各种夹杂物与熔体相互作用的关系，从而为净化工艺的设计提供理论指导。

b、考虑到保护环境、降低成本和提高效率等因素，对目前各种铝合金熔体的净化工艺做进一步改进;要探索新的铝合金熔体净化技术，从净化方式、净化参数和净化设备出发，设计新工艺实现气体以及夹杂物与熔体的分离，以适应新的要求。

三、结语

近几年由于汽车制造业、机械制造业和航空航天等领域的快速发展，因此铝合金铸件（尤其是大型、复杂的铸件）和压力加工制品在这方面的应用也越来越多。其对产品质量的要求也越来越高。铝合金铸件的质量直接取决于熔体质量的好坏。而加工制品质量的主要影响因素是铸坯。铸坯质量的高低同样直接受到熔体质量的影响。因此，铝合金熔体处理非常重要。

参考文献：

[1]谭群燕等.铝合金熔体处理技术[J].热加工工艺.2007（17）：65-67.

[2]张淑婷等.铝合金熔体净化的研究[J].材料导报.2009（11）：43-45.