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压铸铝熔体净化技术的研究现状与发展

作者:admin 来源:原创 发表时间:2019-09-05
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文:四川跃镁镁业科技有限公司童帮华、张磊、李俊杰
 
摘要:阐述了铝熔体气体、夹杂的来源,在此基础上综述了压铸铝熔体净化技术的工作原理和工艺技术,包括常见的气泡浮游法、过滤法等工艺,最后展望了压铸铝熔体净化技术的发展趋势。
关键词:压铸 铝熔体 净化
 
1、引言
铝及其合金具有比强度高、耐蚀性优良、导电导热好、易铸造和加工等性能,被广泛应用于汽车、3C产品和航空航天等领域中。随着汽车、3C产品等行业的发展,铝合金压铸件产量年增长近13%,占有色合金压铸件产量的75%以上。铝及其合金在熔炼、浇注的过程中易氧化、吸收气体,在压铸过程中易形成夹杂、气孔等缺陷,对合金组织不利,从而降低合金的力学性能和耐蚀性,降低成品率。因此,合理控制熔炼工艺过程,改善铝熔体质量,是提高铝压铸件质量的关键。
 
2、铝熔体气体、夹杂的来源
2.1气体的来源
铝熔体中的气体绝大部分是氢,约占总气体含量的80%-90%。熔炼过程中,氢主要通过下列反应进入铝熔体中:
                      
分解出的水蒸气按式(2)与铝熔体反应生成[H],以[H]的形式存在于熔体中。
部分研究学者认为铝熔体中的氢有两种存在方式:①溶解型,约90%的氢以间隙原子状态存在于铝熔体中;②吸附型,少部分氢以气泡的形式吸附于夹杂物的表面或缝隙中。另有研究学者认为,在合金中加入变质元素及稀土时,氢原子和铝液中的某些合金元素发生反应,最后形成氢化物存在于铝熔体中。
 
2.2夹杂物的来源
铝的化学性质非常活泼,能与许多化学元素发生反应,导致夹杂物产生。铝熔体中的主要夹杂物有三个来源:①熔炼过程中,氧气和水蒸气反应生成;②熔体与炉衬中的氧化物发生置换反应形成;③炉料、工具等带入。铝熔体中的氧化夹杂物,绝大部分来自合金熔炼浇注过程中铝的氧化所致,主要是Al2O3。
研究表明,Al2O3有三种存在形式:①分布不均匀的大块氧化夹杂(>20μm),能显著降低材料的力学性能,但通过熔体净化处理较易去除;②分布均匀的细片状氧化夹杂(10-20μm),可通过熔体净化处理去除;③分布均匀、弥散状的氧化夹杂(<10μm),该类夹杂的存在将增加铝熔体粘度,降低铝熔体凝固时的补缩能力。同时,这类氧化夹杂也是恶化合金性能的主要夹杂物,其直接影响合金的冶金质量以及材料的组织和性能。
 
3、铝熔体净化技术现状
铝熔体中存在的气体、夹杂物将极大影响铝压铸件的质量。为获得高质量的产品,必须提高铝熔体纯净度。熔体净化技术是以物理化学原理为基础,采取一系列的工艺措施减轻、消除熔融金属中的气体和夹杂物,以便获得纯净熔体的工艺方法。根据铝合金成分和用途的不同,对铝熔体纯净度的要求不同。铝熔体净化的分类方法如图1所示。结合实际生产,本文主要阐述按工作原理分类下的工艺方法。
 

 
 
3.1吸附净化技术
吸附净化技术是使铝熔体直接与吸附剂(如气体、液体、固体精炼和过滤介质)接触,并与铝熔体中的气体和夹杂物发生物理、物理化学或机械作用,从而达到除气去杂的目的。
 
3.1.1气泡浮游法
气泡浮游法是铝铸造业常见的净化技术,主要用于出去铝熔体中的氢。按其气体熔剂导入方式,可分为单管吹气法、多孔吹气法、喷嘴吹气法、旋转喷头吹气法。其中,旋转喷吹除气工艺是目前生产中最常用的铝熔体净化方法。旋转喷头吹气法采用旋转喷头在铝熔体底部喷入气体熔剂,通过旋转的喷头快速转动使气泡均匀分布,熔体中的氢原子扩散进这些气泡内,并随着旋转的喷头沿螺旋状路径上浮至表面,从而达到改善铝熔体含气量的目的。除氢的效率主要取决于通入熔体的净化气泡数量和大小,气泡数量越多,尺寸越小,与氢接触的机会越多,溶解的氢原子扩散的距离也越短。旋转喷头吹气工艺中,旋转喷吹转子的偏置分布是关键技术之一。
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