A356铝合金熔体净化处理及其机理研究

覃 铭 杨途才

（百色学院 材料科学与工程学院，百色 533000）

A356铝合金熔体净化处理及其机理研究

覃 铭 杨途才

（百色学院 材料科学与工程学院，百色 533000）

研究A356铝合金熔体净化处理及其机理，分析铝液中的夹杂物，阐述杂质对铝合金的危害，并结合生产实际，介绍常用、高效的铝合金熔体净化处理的机理及主要方法，以提高铝液的净化水平，保证铝合金铸件质量。

铝合金 熔体净化 净化机理

引言

在铝合金熔炼过程中，夹杂物的存在，使材料的有效使用面积减少，造成材料密度降低，材料内部局部应力集中，进一步发展成为裂纹源，严重影响铝合金的整体性能。对熔体进行净化处理，去除熔体中的夹渣、气体等有害物质，净化铝合金熔体，才能保证铝合金铸件质量。

1 熔体净化的主要方法

1.1 熔体净化的分类

熔体净化处理可分为炉内处理和炉外处理。铝合金炉内处理的净化机理可分为吸附净化技术和非吸附净化技术[1]。吸附法主要是利用精炼剂的机械和化学作用除去熔体中的气体和夹渣，达到净化炉体的作用。吸附净化包括通入惰性气体、活性气体吹洗、混合气体吹洗、溶剂法净化等；非吸附净化是利用物理原理将熔体中的渣排到熔体表面，以达到净化熔体的目的，包括真空净化处理法、超声波净化处理法、电磁净化处理法等[2]。炉外净化处理主要是通过过滤网或者过滤板的滤孔大小来控制熔体夹杂物的通过，是一种比较简单的净化方法。

1.2 吸附法对熔体净化效果的影响

1.2.1 氯盐净化法

氯盐净化法是将含氯的化合物用钟罩压入熔体中，使氯盐与铝液反应，生成大量的挥发性气体。熔体中的夹杂物被气体吸附在表面，随气体上升到铝液表面，形成大量的渣排出。六氯乙烷精炼是氯盐净化法中的一种方法，将六氯乙烷加入到反应炉将发生如下反应：

六氯乙烷反应分解生成氯气与液态反应生成三氯化铝，三氯化铝与氢气生成氯化氢，生成物都不溶于铝熔体，既有物理作用，又有化学作用，对铝液的净化效果明显[3]。采用氯盐净化法对熔体净化的最大优点是生产成本低、除杂效果好。但是，氯盐与铝液反应生成的Cl2与HCl，对人体和环境危害很大。同时，Cl2具有较强的腐蚀性，对设备的损耗很大。

1.2.2 惰性气体旋转吹气法

惰性气体旋转吹气净化技术是目前企业较为常用的炉体净化处理技术[4]。通过对铝合金熔体旋转喷吹气净化技术的研究，向铝合金熔体中通入惰性气体（如Ar、N2，或混合惰性气体）。由于惰性气体不与铝合金熔体反应，高速喷入铝液，产生大量细小的不溶于铝液的气泡，铝液中的夹杂物被吸附在惰性气体气泡表面，随气泡上升到铝液表面，形成渣捞出。同时，气泡上浮的过程将把向其扩散并进入其中形成气体分子的氢以气体的形式带走，进入大气，达到除去氢的效果[5]，进而有效消除针孔。原理如图1所示。

图1 惰性气体旋转吹气法原理

1.2.3 复合净化法

传统的熔体净化就是往熔体中通入N2和打渣剂，使铝液的渣上浮到铝液表面，然后进行打渣。这种方式具有一定的除杂效果，但除杂不完全。采用复合熔体净化法则能更好地达到炉体净化效果。该方法把过滤法、熔剂净化法、旋转吹气法三种方法联合起来，形成一个高效的熔体净化系统，如图2所示。向熔体中通入氮气，并在熔炼炉内增加过滤装置和熔剂，铝液从前流槽流经一级过滤板过滤、熔剂过滤层、二级过滤板、二级熔剂层、三级过滤板，最后从后流槽中流出的铝液就非常干净。这一过程包括熔剂净化作用、过滤板过滤作用、氮气吹洗净化作用，加强了吸附除杂能力，除杂效果显著提高。

图2 铝合金熔体复合净化系统流程示意图

2 非吸附净化对熔体净化效果的影响

非吸附法净化利用物理方法对熔体进行净化，包括过滤或者自然静置，达到净化铝液的目的。普通过滤法属于炉外净化处理中的一种方法，在铝合金的净化中普遍使用。炉外过滤法主要是在浇注口安装过滤网，其除杂机理主要是机械和物理的作用，对金属氧化物和粗大颗粒状的非金属夹杂物不溶物进行拦截，对于非常细小的颗粒，净化效果不明显。因此，在实际生产中，采用炉外过滤净化的同时，还应该在炉内采取相应的熔剂净化，才能保证熔体质量。

研究结果表明，在铝液传输过程中，新型的陶瓷材料能拦截颗粒状不溶物，提高铝液洁净度，避免熔剂净化给人类和环境带来的污染。同时，采用气体造浪搅拌代替人工搅拌设备，铝合金熔体净化效果更好。除此之外，熔炼温度与保温时间也影响铝合金熔体净化效果。铝液静置保温，悬浮于铝液之中的杂质由于自身重力的作用往炉底下沉，达到渣液分离的作用。A356铝合金熔炼的保温静置时间一般应控制在15～30min，因为铝合金熔炼过程是一个不断吸气过程，保温时间越长，铝液中的含氢量就会增加。

3 总结

净化处理仅仅是熔炼过程中的一个不可或缺的工艺，铝熔体处理还包括添加变质剂和细化剂进行变质处理及铝合金晶粒细化处理等。对于一些高性能铝材，铝液的净化是获得高性能铸件的必要前提。

[1]白丹.铝液净化技术在我国铸造企业的应用现状[J].铸造技术，2013，（7）：875-877.

[2]周昆.铝合金熔体净化技术及发展趋势[J].世界有色金属，1997，（11）：1-5.

[3]张守魁，曹兴言，刘伏梅，高友宽.吹氮精炼与六氯乙烷精炼的比较[J].热加工工艺，1992，（5）：34-36.

[4]李杰华，郝启堂.铝合金熔体净化技术的现状及其发展趋势[J].中国铸造装备与技术，2005，（6）：1-4.

[5]梁慧强.铝熔体净化工艺的研究[D].长沙：中南大学，2005.

Purification Treatment and Its Mechanism of A356 Aluminum Alloy Melt

TAN Ming,YANG Tucai
(School of materials science and engineering, Baise University, Baise 533000)

Study of A356 aluminum alloy melt purification treatment and its mechanism and analysis of inclusions in molten aluminum, expounds the harm of the impurity of aluminium alloy, and combined with the actual production, the frequent and efficient aluminum alloy melt purification mechanism and the main methods to improve the aluminum liquid purification level, and ensure the quality of aluminum alloy castings.

aluminum alloy, melt purification, purification mechanism

1.2014广西科学研究与技术开发计划项目（2014AA01018）；2.2014广西高校科学技术研究重点项目（ZD2014134）。