鋁及鋁合金熔體凈化處理

1、鋁及鋁合金熔體凈化處理鋁料的表面都有一層厚薄不均的氧化膜，有時(shí)還吸附水分，夾雜灰沙，粘有油污，涂有油漆等。在熔化時(shí)，鋁料在高溫環(huán)境中進(jìn)一步氧化，氧化膜厚度增加，并與氣氛中的水分起化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鋁和氫，使氧化夾雜和氣體含量增加。所以，鋁料熔化以后，必須進(jìn)行凈化處理，以清除鋁液內(nèi)部的雜質(zhì)和氣體。用于凈化鋁液的物質(zhì)統(tǒng)稱為熔劑。熔劑在室溫多數(shù)是固體或氣體，也有個(gè)別熔劑是液體，如CCl4。固體熔劑的優(yōu)點(diǎn)是體積小，容易運(yùn)輸和儲(chǔ)存，但都具有較強(qiáng)的

2、吸濕性，必須密封包裝。為了提高固體熔劑的凈化效果，可將熔劑壓緊成緊密小塊用鋁箔包裹，放入長柄的鉆孔容器內(nèi)插入熔池底部。對(duì)以NaCl和KCl的混合鹽為基體的熔劑，可先按配比將混合鹽熔化后，加入難熔組分，例如Na3AlF6，經(jīng)攪拌冷卻后注入密封鐵箱內(nèi)。熔劑使用前應(yīng)存放在室溫較高的干燥地點(diǎn)，如熔爐旁，以防受潮。在熔爐內(nèi)施加覆蓋熔劑，可以減少熔化消耗，阻止鋁液從爐膛氣氛中吸收氣體，但覆蓋熔劑的耗用量大(約相當(dāng)于鋁料重量的10%)，使生產(chǎn)成本提高

3、，中小型鋁加工廠一般不采用。凈化熔劑的使用通常是在鋁料熔化以后將按配比混合的粉狀熔劑撒在熔池表面，然后用長柄工具攪動(dòng)鋁液促使灰渣上浮。在攪動(dòng)過程中，部分熔劑加入熔池內(nèi)部，與鋁液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于鋁的氣態(tài)物質(zhì)，在氣泡上升過程中起除氣和除灰的作用。使用較多的一種熔劑是2份冰晶石與1份氯化銨混合的粉末，其凈化鋁液時(shí)的化學(xué)反應(yīng)如下：Na3AlF6＋Al→2AlF3＋3NaNH4Cl＋2Al→AlN＋AlCl＋2H2AlF3＋2Al→3Al

4、FAlCl3＋2Al→3AlCl6AlF＋3O2→2Al2O3＋2AlF36AlCl＋3O2→2Al2O3＋2AlCl3以上化學(xué)反應(yīng)中所生成的Al2O3，AlN和H2，連同鋁液中原有的Al2O3和H2一起被AlF3和AlCl3氣泡帶出液面。有時(shí)也用Na2SiF6作為熔劑，但其凈化效果不如Na3AlF6。用Na2SiF6作熔劑時(shí)的化學(xué)反應(yīng)如下：Na2SiF6＋2Al→2AlF＋2Na＋SiNa2SiF6＋2Al→2NaF＋SiF43SiF

5、4＋2Al2O3→3SiO24AlF3以以NaCl和KCl的混合鹽為基體的熔劑成分為1、鋁合金中氣體的來源、鋁合金中氣體的來源熔煉鋁合金過程中，從大氣、燃料、爐料、耐火材料、熔劑、熔鑄工具等帶入的氣體種類較多，如：H2、CO2、CO、N2、CnHn(碳?xì)浠衔?、H2O和O2等。但只有那些容易分解成原子的氣體，才能有較多的數(shù)量溶入鋁液中去。具體說，鋁液所溶解的氣體中80～90%是氫。所以鋁合金中的含氣量，主要是指含氫量。熔煉時(shí)周圍空氣中

6、的氫氣含量并不多，所以氫的主要來源是通過水分與鋁液反應(yīng)而產(chǎn)生的氫原子。2Al＋3H2O＝Al2O3＋6[H]。這種原子態(tài)氫，一部分跑到大氣中，一部分就進(jìn)入鋁液中。實(shí)踐證明，不同的季節(jié)和地區(qū)，因空氣的濕度不同，鑄錠中的氣體含量也隨之而異，其含氣量隨空氣濕度的增大而增加。1.2影響氣體含量的因素影響氣體含量的因素應(yīng)，也不溶于鋁熔體中。把氮?dú)馔ㄈ脘X液能形成大量氣泡。在這些氮?dú)鈿馀葜袣浞謮旱扔诹?，因此熔體中的氫會(huì)向氣泡擴(kuò)散，從而去除了熔體中的氣

7、體。在氣泡上浮過程中，遇到夾雜物時(shí)，由于表面張力的作用，夾雜物就粘附在氣泡表面上，最后氣泡把夾雜物帶到液面的渣中。由此可見，在去除氣體的同時(shí)也清除了夾雜物。用氮?dú)馊饩珶挘珶挏囟葢?yīng)控制在690～710℃范圍內(nèi)，溫度過高，氮?dú)饪赡芘c鋁起化學(xué)反應(yīng)。氮?dú)鈮毫刂圃?0～15kPa范圍內(nèi)。含鎂的合金不宜采用氮?dú)鈨艋驗(yàn)榫珶挏囟认履苌蒑g3N2，影響合金質(zhì)量，同時(shí)氮的除氣作用并不完全。2、氯氣凈化：氯氣不溶于鋁合金熔體，但能與鋁生成氯化鋁。

8、2Al＋3Cl2＝2AlCl3↑氯氣還能與合金中的氫發(fā)生反應(yīng)，生成易揮發(fā)的氯化氫。Cl2＋2[H]＝2HCl↑。也有部分氯氣以氣態(tài)逸出。這些氣體都以氣泡形式從鋁液中浮起，起去氣除渣的作用，凈化效果好。但氯氣有毒，有害于人體健康，對(duì)周圍設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，為此必須有完好的通風(fēng)防護(hù)設(shè)備。3、混合氣體精煉：但用氮?dú)鈨艋Ч?，用氯氣又?duì)環(huán)境和設(shè)備有害，所以目前多采用混合氣體凈化，以提高凈化效果，減少其有害作用。混合氣體有兩氣體混合：N2－Cl2(9

9、:1或8:2)或三氣體混合：N2－Cl2－CO(8:1:1)。在鋁液中的反應(yīng)如下：2Al2O3＋6Cl2＝4AlCl3↑＋3O2↑3O2＋6CO＝6CO2↑Al2O3＋3Cl2＋3CO＝2AlCl3↑＋3CO2↑AlCl3和3CO2都有精煉作用，又能部分分解Al2O3，所以明顯提高凈化效果。4、熔劑凈化：熔劑精煉作用主要是通過與熔劑中的氧化夾雜物發(fā)生吸附和溶解作用而實(shí)現(xiàn)。常用的精煉劑以氯化物為基礎(chǔ)，加入氟化物，如CaF2、Na3AlF6

10、等來吸附、溶解Al2O3，以最大凈化效果。常用的熔劑成分及用途如下。它們能夠清除氧化夾雜，也可以去除一些氣體，但不徹底。常用熔劑的成分及用途熔劑種類主要成分主要用途覆蓋劑NaCl39KCl50Na3AlF66.6CaF24.4Al－Cu系、Al－Cu－Mg系、Al－Cu－Si系、Al－Cu－Mg－Zn系合金KCl、MgCl280CaF220Al－Mg系、Al－Mg－Si系合金精煉劑NaCl47KCl30Na3AlF623除Al－Mg系、

11、Al－Mg－Si系以外的其它系合金KCl、MgCl260CaF240Al－Mg系、Al－Mg－Si系合金精煉時(shí)，先調(diào)整鋁液溫度到高于澆注溫度20～30℃。把熔劑撒在鋁合金熔體表面，由于鋁合金使用的熔劑密度比鋁液小，它們都浮在上面。攪拌5～10min，攪拌后再靜置5～10min，然后清除合金上面的渣并撒上覆蓋劑，精煉完畢即可澆注。5、氯鹽凈化：氯鹽凈化的原理是利用它們和鋁反應(yīng)生成不溶于鋁液的低沸點(diǎn)化合物(如AlCl3沸點(diǎn)182.7℃)，在