铸造铝合金熔炼原理.pptx

会计学概述铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响针孔分级铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响（续）铝铸件中氧化夹杂的形态及对铸件性能影响铝液中气体和氧化夹杂的来源铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
在通常大气（湿度较大）中铝的熔炼温度下γ-Al2O3膜常会含1-2﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al-H2O反应。
合金元素对铝的氧化有一定的影响，在这类合金中加入少量的铍（0.03-0.07%Be）后，使氧化膜致密，故能提高其抗氧化性。
为了防止铝-氧剧烈反应，大多数铝合金的熔炼温度控制在750℃以下。铝-水气反应在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝－水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使铝－水气反应激烈进行。
升温时铝－水气反应速度大为加快，这说明限制熔炼温度及浇注温度的必要性。
水气来源于炉料、熔剂、精炼变质剂、炉气（大气）及熔炼浇注工具。特别是锈蚀的铝料，甚至经过吹砂清理，仍会增加铝液的含氢量。铝—有机物反应也是铝液吸氢的原因之一；最可能的有机物是炉料、工具被油脂沾污。
4/3mAl+CmHn→m/3Al4C3+n[H]能溶解于铝合金的气体主要是氢（其余是少量的CO等）；
氢主要来自铝-水气反应，在熔炼中由于该反应不可避免地将氢带入铝液；
铝液中氢的溶解度不大，很易为氢所饱和；
虽然在熔炼中可采用精炼除氢，但仍会残留一部分，而且铝液凝固时氢的溶解度变化的相对值很大。在熔铸过程中，如将表面氧化膜或空气搅入铝液，或将吸附的H2O带入铝液，均将在其中产生γ－Al2O3夹杂物，悬浮在铝液中，而在浇注的铸件中形成氧化夹杂物。
实践证明，铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高。并且氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针孔的形成。所以，铝液中Al2O3和氢之间有着十分密切的关系。§13-2铝合金熔炼工艺原理和技术铝液吸氢的动力学过程铝合金的净化（精炼）原理氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响（续）元素应尽量降低铝液表面上的氢分压，为此可采用真空处理。
向铝液中吹入气体，以在其内形成氢分压起始为零的气泡来降低含氢量。
温度的降低作用是有限的。除气的动力学过程大致经过下列几个阶段：
气体原子从铝液内部向表面或精炼气泡界面迁移；
气体原子从溶解状态转变为吸附状态；
在吸附层中的气体原子生成气体分子；
气体分子从界面上脱附；
气体分子扩散进入大气或精炼气泡内，精炼气泡上浮到铝液表面进入大气。除气动力学（续）从热力学角度，精炼温度应低些为好；
从动力学角度，精炼温度希望高些，以降低熔体粘度。气泡在铝液中与固体夹杂相遇时会发生能量变化；
根据热力学第二定律，系统自发变化的条件时能量必须降低；
由于夹杂被气泡自动吸附满足的自由能变化量△F﹤0；
所以铝液中的Al2O3夹杂能自动吸附在气泡上，而被带出液面。铝液精炼工艺概念：
在铝液中吹入气体或产生气体，利用气泡在铝液中的浮升，将氢及夹杂排出液面。
原理：
铝液内气泡中氢的分压起始为零，铝液中的溶解氢即在氢压力差驱动下不断进入气泡，随气泡很快逸入大气。
精炼方法：
包括氯盐精炼、硝酸盐精炼、吹惰性或活性气体精炼等。通氮精炼通氮精炼（续）通氮精炼（续）通氩精炼向铝液中通入氯气，可以较有效的起精炼作用。
2Al+3Cl2=2AlCl3↑ΔH=-1591.8KJ
H2+Cl2=2HCl↑ΔH=-184.2KJ
反应生成物都是气态，不溶于铝，和未发生反应的氯气都成气泡起精炼作用，因此精炼效果比通氮甚至通氩明显。常用的氯盐有ZnCl2、MnCl2、C2Cl6、CCl4、TiCl4等
氯盐在铝液中发生下列反应：
3MeCl2+2Al=3Me+nAlCl3↑
反应产物在铝液中形成大量无氢气泡，起精炼作用。
优点：工艺简单，成本低；有较好的除气效果，但除夹杂能力较差；清渣能力强，渣易与铝液分开。
缺点：产生有毒的腐蚀性氯化物气体。六氯乙烷精炼
C2Cl6加入铝液后，发生反应：
C2Cl6→C2Cl4+Cl2↑
2Al+3Cl2→2AlCl3↑
3C2Cl6+2Al→3C2Cl4+2AlCl3↑
产生的Cl2在铝液中可继续反应产生气体AlCl3和HCl，还可能有未全反应的Cl2、C2Cl4,都会成为气泡起精炼作用。精炼工艺
六氯乙烷的用量及精炼温度与合金成分有关。不含镁的铝合金加入量为0.2～0.5％（占铝液量），精炼温度为700～720℃；含镁的合金用量为0.3～0.75％，精炼温度为730～750℃。
优点：不吸湿，精炼效果很好，操作较简单。
缺点：产生有毒烟雾，污染环境。各氯盐精炼剂的特点三气混合气精炼4NaNO3+5C=2Na2CO3+2N2↑+3CO2↑
上浮的N2、CO2气泡起精炼作用