坩埚底约100-150mm，气体消耗量一般为铝液质量 的0.3-1.0％，通氯后铝液需静置10min。
效果
氯的精炼效果最好，原因是它兼有物理的和化学的
精炼作用；而惰性气体仅有物理作用。
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气化熔剂—氯盐精炼
ZnCl2和MnCl2
二者的基体性质、作用是相似的，在铝液中发生下列反应：
（0.03-0.07%Be）后，使氧化膜致密，故能提高其抗氧化性。
在通常大气（湿度较大）中铝的熔炼温度下 γ -Al 2 O 3 膜常会含 12﹪H2O，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。 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。
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严格遵循“以防为主”的原则
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课前思考题
1. 铝液中氧化夹杂与针孔有何关系？原因何在？
2. 铝合金中的气体主要是什么？它是如何产生的？对铸 件性能有什么影响？
3. 铝合金精炼的目的是什么，主要方法有哪些？
4. 浮游法精炼的基本原理和方法，气泡大小对精炼效果 有什么影响？ 5. 铸造铝合金熔炼用熔剂的分类和作用？ 6. 合金精炼后为什么要静置一段时间？ 7. 精炼效果检验的内容和方法？
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。
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课前复习题
1. Fe在铝合金中是完全有害的吗？
2. 为什么铸造铝镁合金和铝锌合金经过长期使用或放置 后变脆？
3. Si在Al-Mg合金中是降低力学性能的 ，但为什么有些 Al-Mg合金中含有少量的Si？ 4. 铝合金热处理的目的是什么？ 5. 铸造合金与变形合金固溶处理有什么不同？ 6. 合金熔炼时，熔炼工具、坩埚及炉料为什么要预热？ 7. 为什么铝合金熔炼时，熔炼温度不能太高？
原理：
铝液内气泡中氢的分压起始为零，因此溶解氢按西华 特定律不断进入气泡，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。
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吹气精炼
原理
向铝液中通入活性气体和惰性气体以及它们的混合 物，可以较有效的起精炼作用。
2Al+3Cl2 = 2AlCl3↑ ΔH= -1591.8KJ
其它精炼方法
•喷吹活性熔剂精炼
采用惰性气体将粉状熔剂直接喷入铝液深部。该法发挥 了气体除气效果好，熔剂除渣效率高的双重优点，精炼 效果极佳。
•真空处理
真空处理有静态真空处理和动态真空处理，主要根据西 华特定律来进行除气、去夹杂。
•过滤精炼
主要是用过滤器进行除夹杂。
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精炼效果的检验
上浮的N2、CO2气泡起精炼作用。
精炼工艺：
精炼剂的用量为0.3-0.5%，钟罩压入。
效果：
经使用证实确有去气效果，但铝液易氧化，夹杂含 量较多。有毒与否曾引起广泛争论。
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熔剂精炼
铝镁类合金必须在熔剂保护下熔炼；合金中含镁
多，不宜用氯或氯盐精炼。 分类
一是覆盖熔剂，只起隔离保护作用； 二是覆盖精炼熔炼剂，兼有保护和精炼作用。
铝液中氢的溶解度是不大的，很易为氢所饱和
虽然在熔炼中经精炼除氢，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
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针孔分级
在铸件凝固过 程中多出的氢 易析出，形成 针孔
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氧化物夹渣
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
第二章 铸造铝合金的熔炼
铝合金熔炼时的物理化学特性 铝合金熔炼工艺原理和技术


铝合金组织控制
铸造铝合金熔炼工艺
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§2-1 铝合金熔炼时的物理化学特性
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铝-氧反应
铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3，表面生成氧化 铝膜，可阻止继续氧化。 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
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铝液中氢向惰性气泡或活性气泡中迁移示意图
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去气动力学（续）
Cmt Cms 1 A lg t Cms Cm0 2.3 V
除气的动力学 方程
提高比表面积，增大传质系数，延长作用时 间，可降低气体最终浓度，提高精炼效果。
应减少精炼气泡直径，增加气泡与铝液接触
点，使在熔炼温度下成液态，利于反应的进行和覆
盖液面。Na3AlF6能吸收氧化物，加它后具有变质精 炼作用，称为多用变质剂，用于重要铸件的变质。
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钠碱的变质处理
采用碳酸钠作变质剂 高温下与镁反应还原出钠起变质作用：
Na2CO3+3Mg = 2Na+3MgO+C
此变质剂用Na2CO3 ，镁粉和耐火砖屑（载体 ）压成块，压入铝液内反应。
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熔剂精炼
成分 一般由碱金属及碱土金属卤素盐类混合组成，
NaCl和KCl的混合盐是各种熔剂的基础。
机理 能破碎氧化皮并吸收氧化物夹杂，附带除去夹杂
上的气体。
操作工艺 先将熔化时的旧熔剂清除，再向液面均匀
撒精炼熔剂，搅拌几分钟，将其压入铝液深部。静置约
10min后除熔渣。
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铝合金的净化（精炼）原理
除氢热力学 气体溶解 度的西华 特定律
[ H ] K H PH 2 KH A / T B
式中 K H -氢的溶解度系数； T -热力学温度； A 、 B- 常数 ，对铝合金而言，不同的合金类和不同的成分，其数值 各不相同。
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除氢热力学（续）
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。
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合金元素的影响
元素
Zn﹤ 18%
Mg
Si
Cu﹤ 20%
Ti
Mn﹤ 0.1%
Ni
铝中 氢量 变化
增加
增加
减少
减少
增加
无影响
增加
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。
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浮游法去除夹杂物和气体原理示意图
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吹气精炼（续）
精炼工艺
铝液温度680～700℃，通氯压力0.02Mpa、时间约
10min ，通氯速度以沸腾而不飞溅为原则，管口离
铝硅合金中共晶硅的变质处理
钠变质
①、纯钠
②、钠盐
③、钠碱
其他变质
锶变质、稀土变质、锑变质、碲变质
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钠盐的变质处理
生产中广泛应用的变质剂是含NaF的卤盐混合物。 加入铝液后发生反应：
6NaF+Al = Na3AlF6+3Na
由于NaF熔点高（986℃），加入KCl、NaCl 降低熔
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铝—有机物反应
铝 — 有机物反应是熔炼中最可能的有机物
是炉料工具被油脂沾污。
4/3mAl+CmHn→m/3Al4C3+n[H]
C和H构成的 烃类
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铝合金中的气体
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
六氯乙烷精炼
C2Cl6加入铝液后，发生反应：
C2Cl6 → C2Cl4+Cl2↑
C2Cl4 → 2C+2Cl2↑
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。
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气化熔剂—氯盐精炼（续）
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。 南昌航空大学铸造工程系
硝酸钠精炼
4NaNO3+5C = 2Na2CO3+2N2↑+3CO2↑
3ZnCl2+2Al = 3Zn+2AlCl3↑ 3MnCl2+2Al = 3Mn+2AlCl3↑ 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。
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气化熔剂—氯盐精炼（续）
铸造铝合金净化（精炼）技术
物理化学方法
• • • • 加气化溶剂，在铝液中生成AlCl3或本身气化； 吹活性气体，用Cl2或F12(CCl2F2); 加活性溶剂，用碱金属的氯、氟盐； 喷吹活性溶剂；
•
加稀土金属，与溶解氢形成化合物，将氢固定。
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浮游法精炼
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。
过滤器：


颗粒材料过滤器