《在铸造中测氢除氢及测杂质除杂质.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《在铸造中测氢除氢及测杂质除杂质.doc（8页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、在铸造中测氢除氢及测杂质除杂质在影响铝、镁熔体纯净度的因素中,熔体中的氢十分关键。在金属凝固过程中,氢的析出会导致气孔、疏松等缺陷,这将会严重影响合金的力学性能及耐蚀性能等。另外,含有气体的熔体流动性也会变差,即充型能力变差。因此,铝、镁合金熔体的测氢是十分重要的问题。一、铝、镁合金中的氢溶入铝合金、镁合金熔体中的主要气体为氢气。对于铝合金,氢通过下列冶金过程进入熔体中:2Al(s)+6H2O(g) 250 2Al(OH)3+3H2 (g)(1)2Al(l)+3H2 (g) 660 Al2O3+6H (2)低温下生成的Al(OH)3在高温下发生分解:2Al(OH)3= Al2O3+3H2O(g
2、)对于镁合金,吸气机理如下15:Mg(l)+H2O = MgO(s)+H2 (g)(3)除了氢在镁液中的溶解度很大之外(730时每100 g镁中氢的溶解度大约是30 mL,为铝合金的几十倍16),氢还和镁形成MgH2化合物;而铝合金中氢虽然不与铝形成化合物,但是同样具有很大的溶解度,所以铝合金与镁合金中氢都是一个不容忽视的问题,而对于镁合金中氢的问题更容易忽略。随着研究的不断深入,氢的问题逐渐成为研究的热点问题之一。二、铝、镁合金中氢含量的检测方法目前,铝合金和镁合金中氢含量的检测方法主要有取样法、直接测定法及其他方法。2.1取样法2.1.1真空萃取法此法是先用镁合金液浇注组成固态样品,然后再
3、从浇注的样品中抽真空萃取氢,在气相色谱仪中将萃取的氢进行分析从而确定氢含量的方法,包括真空萃取法(将样品密封于钯管和薄铁箔中)、真空熔化和真空蒸发法。其中,应用最广泛的就是真空萃取法,因为它不仅能测定镁合金中的氢,还能测定铝以及钢水中的含氢量。这种方法最初是将制备好的样品放在钯管或者薄铁箔中,后来是将制备好的样品密封于不锈钢管中。这种不锈钢管的壁厚只有0.15 mm,而氢能渗透过管壁,而蒸发的镁被保留在不锈钢管内。制作不锈钢管的目的有两个:一是它能防止抽取管被镁的蒸发物所污染;二是它不妨碍气体的抽取过程。具体的操作过程是:将制备好的样品立即转移到已经除气的不锈钢管(内径为10 mm,壁厚为0.
4、15 mm,长度为65 mm)内,用氩弧焊或者电子束焊密封,将其放入真空室内,加热到700,抽真空萃取后,氢气就会慢慢的从样品中扩散出被进行定量的测量,抽取过程需要12 h。日本的渡边哲男等20利用该测氢装置,根据Sievert定律,从化学热力学角度推出了镁中氢的溶解度公式:logS =1.1logpH2-A/T+B (4)式中,S为氢在100 g镁中的溶解度,cm3;pH2为氢气的压力,Pa;T为测量温度,K;A和B是与合金成分有关的常数。根据试验结果,进而可以得到纯镁在液态和固态时氢含量的溶解度公式:固态中氢的溶解度:logSs=1.1logpH2-1.10103/T+2.69(5)液态中
5、氢的溶解度:logSl=1.1logpH2-1.36103/T+3.21(6)此方法的优点是测试精确、结果可靠,但是真空萃取法非常麻烦,而且耗时,还需要有经验的人员操作。2.1.2惰气熔融法惰气熔融法可以测定纯铝、纯镁和铝、镁合金中氢、氧、氮含量23,24。RH-404氢测定仪,测量精度可达0.1g/g,而且可以测量合金中的氧和氮,测量的样品可以为粉末状样品或者尺寸不大的样品,该仪器的原理是采用脉冲电极炉加热,试样投入到已预脱气的炽热石墨坩埚中,加热熔融后,氢通过热分解释放。氩载气将释放的气体带入检测器,检测原理为热导法。计算机控制仪器分析全过程,自动积分计算出样品中的氢含量并显示和打印测定结
6、果X(g/g)。加热脱气、分析功率和积分时间等参数预先设定,自动执行。2.2直接测定法2.2.1Straube-Pfeiffer检验法(S-P法)S-P法称减压凝固法。此法是在刷有涂料的不锈钢等材料制成的小型耐热坩埚中浇注几十g的铝合金熔体,在到达一定压力下的减压容器内缓慢凝固。因为压力低,即使含气量很少,气泡的产生也能被识别出来,通过与评价用的样本的比较,可以进行半定量的测定。至于评价方法,有根据凝固过程中气泡产生数的方法, 有的根据凝固后的表面状况的方法,有根据切断面气孔量的方法,以及密度测定的方法,但是一般采用切断面气孔量与基准样本相比较的方法。此方法的特征是用小的真空泵与减压容器组合的
7、简单装置就能够进行测定,所需要时间在10 min以内。虽然此法只是定性的,但因为其设备简单,快速,因此在许多现场被作为炉前检查用,而且装置维护也比较简单。S-P法的缺点是:铝合金熔体中含氢量较低时,灵敏度较低,另外,气泡析出的情况与氢在铝合金中的溶解度、试样凝固速度、合金结晶范围和测定温度等因素有关,因此对于不同铝合金的分析判断标准不可能是一样的。影响此法最主要的因素是铝合金中夹杂物的数量,夹杂物作为气泡核心使得气泡容易形成30。因此,此法的结果是铝合金熔体中含氢量与夹杂物含量的综合反映,而不仅仅与含氢量有关。另外,此种方法一般大多用于铝合金的氢含量测量。2.2.2定量减压法利用定量减压法测定
8、氢含量需从铝液中取样,提取定量熔融铝样,采用快速降压技术使铝液在受控固化过程中释放出全部氢气,通过精确标定的皮拉尼真空计测定氢含量。该方法使用方便,整个测量过程只需5min,灵敏度可达每100 g铝0.01 mL。此方法已成功实现仪器化,如英国赛文(SEVERN)科技公司根据此方法制造的HYSCAN II型熔铝中氢气分析仪,北京万诚信科贸有限公司的XD-C-101型测氢仪,华中科技大学的铝合金含气量炉前快速检测仪系列等。该类仪器已在很多机构得到应用。2.2.3Dardel法(第一气泡法)此方法是针对当时铝合金中含氢量的检测方法-真空萃取法提出的,在20世纪40年代末期由Dardel提出,当时也
9、称为Darbel法3234。原理是取出几十g的熔液,浇入可以保温的容器,减压至0.333 kPa左右,隔着耐热玻璃可以观察到液面,随着减压的进行,记录下最初气泡发生时的温度和压力,根据Sieverts公式,定量的求出气体量:logCH=0.5logPH2-AT+B（7） 式中,T为熔液温度,K;A和B分别为与合金成分有关的参数;CH为氢在100 g铝中的溶解度,cm3。与S-P法相比,此法所需要设备简单,快速,但是缺点也很多:测定结果很大程度受到夹杂物含量的影响,经过过滤之后应用此法效果不好;另外,测定结果还与试样凝固速度,合金凝固范围等因素有关,试验结果的重复性不好,与真空热抽取法数据吻合的
10、不好;合金中存在易挥发元素(Mg、Zn等)干扰了判断,而且低氢熔液析出的气泡极小,肉眼很难判断,因此结果受到主观因素的影响很大。2.2.4Tele-gas法(循环气体法)此法是从铝合金液中直接测定氢含量的较为完善的方法。是Ransley于20世纪50年代中期研制成功的,原理是用少量氮气或者氩气循环通入铝熔体,使其达到如下的平衡:2H铝熔体 = H2氩气(8)根据Sieverts定律,如果知道1个大气压和给定温度下氢在铝液中的溶解度SA,再测定氩气中的pH2,根据下式就可以求出铝液中的含氢量:H = SpH2101 325(9)式中,H为100 g铝熔体中的含氢量,cm3;S为测试温度下和101
11、.3 kPa压力时氢在金属液中的溶解度;PH2为氮氢混合气中的氢分压,Pa;pH2是用热导池测量氩气热导率的变化间接求得的。此法的主要优点是:精确度较高,每100 g熔体氢含量的测量误差在0.010.02 cm3范围内,分析结果与真空热抽取法吻合;分析时间较短,全过程需要510 min。到目前为止,循环气体法是开发和应用最成熟的测氢方法。2.2.5氢分离法氢分离法最开始被Laurizen和Bakke研究,后来Mikucki及Shearhouse改进了氢分离法,并研究了溶解氢和镁合金微孔之间的关系。其原理是:氢气的分离发生在一分离管内,一端连接到氩气供给出口,另一端连接到气体收集器。分离管在预热
12、后垂直的浸入到镁液中大约15 cm深度处,然后一定质量的镁液浸入到分离管中。氩气喷嘴在镁液中加热5 min后连接到分离管的开放的进口端,通过氩气萃取的氢气在气囊中被收集,最后收集的氢气在气相色谱仪中分析,当气相色谱仪中的数值稳定后,镁液中氢的浓度就能够计算出来。氢分离法流程图见图2。此法能对镁合金液中含氢量进行连续的监控,不需要从固体中取样,较真空萃取法效率高很多,但是缺点就是耗时耗力,而且不精确,其原因是测量时依靠氢气透过扩散管壁的扩散率与扩散管与镁液的接触面积,而且扩散率与温度有依赖关系,在许多文献中结果也不一致。2.2.6Chapel(哈培尔法)此方法由RWTH-Aachen铸造技术研究
13、所发明30,31。将一根通过气密陶瓷管与压力测定仪连接的圆柱形多孔石墨探头直接浸入被测定的铝水中,并迅速抽去探头内的空气将探头直接插入铝液中,测量扩散到真空系统中的氢气压力,根据Sievert定律计算氢含量,该方法实现了测氢过程的连续、在线测试。瑞士FMA公司和华中科技大学的铝液直接测氢仪均按此原理研发。2.3其他方法2.3.1光谱分析法用光谱分析法测定金属含气量的原理是:萃取样品待测区,通过脉冲放电激发光谱,并用光谱仪记录光谱。光谱分析法能同时测定铝、镁金属中的主要气体氢、氧、氮。测定金属中气体的光谱分析法具有其固有特点和难度,因为测试中需要有特有的光谱线激发源,同时放电管壁会析出和释放气体
14、并需要建立一种保护气氛。此外,对金属中气体含量和成分进行分析时,必须制备乙烯类气体含量已知的标准样品,而后者通常是用“真空萃取法”制备的。为此必须要用一套不同气体含量的样品来绘制刻度坐标;待测气体光谱分析线黑度-浓度对数值。为了提高低含氢量分析的测试灵敏度,可对样品和反向电极进行一次预处理。即以样品作电极,进行一次非记录脉冲,这样可使测试速度大大高于真空萃取法(8 h)可进行3040个样品分析。但在预处理时,金属中的气体不仅在脉冲冲击部位,并且还从其附近析出,因此应该杜绝试样选取和结晶过程中未估计到的氢析出。2.3.2同位素法采用稳定的同位素法来分析金属中气体的方法已经获得广泛的应用,同位素分
15、析法有两个发展方向。同位素平衡法(其中以光谱法为最终分析)和同位素稀释法(以质-光谱法为最终分析。同位素平衡法中,待测气体与同位素元素以一定比例配成的气体作为标准样品,测试的精确度主要取决于同位素气体成分的测量精确度,因此气相与固相间的同位素组成的均衡过程具有十分重要的意义。2.3.3浓度电池法此方法由R.Gee等于20世纪70年代末期提出来的。该方法利用氢离子固体电解质将待测铝液与具有恒定氢分压的物质组成浓度差电池,测得该电池的电势和温度即可以得到铝液中氢的含量。此方法最初用CaH2固体电解质,由于其存在高温下易分解、吸湿性强等缺点,有报道说使用SrCeO3作为取代,取得了较好的效果。3展望
16、(1)对比铝合金及镁合金,测氢都是很重要的问题,但未来的发展趋势将是镁合金的测氢。(2)对比各种测氢方法,镁合金中的真空萃取法以及惰气熔融法是比较准确和理想的。但是,由于取样要求高以及分析时间长等特点,不能实现现场检测,这两种方法只是适合于试验室使用。开发一种炉前能够快速、准确、简单的镁合金测氢仪是镁合金测氢的未来发展趋势。(3)对比铝合金以及镁合金,显然铝合金的测氢方法要更多而且成熟一些,但是也存在一些缺点以及局限,通过对比发现,在铝液中直接测氢因其快速、方便、运行成本低等特点,所以提高准确性后取代取样法测氢,将是未来测氢的发展趋势之一。三、铝合金和镁合金除氢方法主要有以下几种：通入惰性气体
17、 （如氩或氦） 法，通入活性气体 （氯）法，稀土除氢法，真空处理法和超声波除气法。1吸附净化法1.1通入惰性气体对于铝合金来说，吹入惰性气体方法主要包括单管吹气法和多孔吹头旋转吹气法。按气体的导入方法可分为：单管吹气法、多孔喷头吹气法、固定喷吹法和旋转喷吹法等。其除气效果一方面取决于惰性气体的性质及纯度，另一方面取决于气泡在铝合金熔体内的分散均匀程度、气泡的大小、气泡在铝合金熔体中的滞留时间等，气泡越小、分散越均匀、上浮速度越慢，则除氢效果越好。到目前为止，旋转喷吹法是吹气法中除氢效果最好的方法之一。旋转喷头吹气技术的特点是利用旋转的喷嘴，将发散的惰性小气泡吹入铝熔体中，同时利用喷嘴的搅拌作用
18、，使气-液充分混合，小气泡上升，把熔体中的氢和非金属夹杂物带出液面，达到熔体净化的目的。与传统的除气精炼方法相比，旋转喷头吹气技术具有如下的优点：净化效果好，再现性强，可以炉外连续处理，处理后造渣少，不污染环境，操作简单，易于实现自动化等特点。1.2熔剂法熔剂同样具有除氢的作用，熔剂可以分为三类：除 气 熔 剂 、覆 盖 熔 剂 和 精 炼 熔 剂。 除 气 熔 剂（degassing flux） 是指用来除去熔融金属和合金中气体的物质，主要包括： 气态熔剂 （gaseous flux），由最初的单一气体N2、Cl2等，发展为近年来的混合气体，如50%C12+50%N2、15%C12+11%C
19、O+74%N2、2%CC12F2+23%CO2+75%N2等；液态熔剂 （liquid flux），如CCl4、TiCl4等；固态熔剂 （solid flux），如C2Cl6、MnC12、Na3AlF6等。覆盖熔剂 （protection flux） 是指用来覆盖在金属熔池表面，形成液态隔离物的物质，不仅能够隔离大气，减少大气对金属的作用，有的还能促进冶金反应。熔剂要求表面张力小，防护力和覆盖能力大，因此覆盖熔剂熔点较低。精 炼熔 剂（re-pining flux） 主要是用来清除熔体中的非金属夹杂物的物质，如高温盐经熔化后制得的过滤体。精炼熔剂是指对铝合金熔体进行处理所用的添加剂和化学复合物
20、，这些复合物通常是具有多项功能的无机物，具有像除气、净化和合金化等功能。一般熔剂都同时具有净化和除氢的作用。但是，熔剂法污染较严重，一般会产生有毒气体，故用途受到了限制；尤其氯气是剧毒气体，对厂房、设备等均具有很强的腐蚀作用，对人体危害极大，故未得到工业应用。1.3过滤法过滤法是指让铝合金熔体通过中性或活性材料制造的过滤器，以分离悬浮在熔体中固体夹杂物的净化方法。过滤法主要是除去熔体中的夹杂物和吸附寄生在夹杂物中的氢，过滤材质选用玻璃布、刚玉球和泡沫陶瓷等。过滤方法有多种，其中效果最好的有过滤管法和泡沫陶瓷过滤板法。刚玉管过滤器过滤效率高，但价格昂贵，而且使用不方便，目前仅日本采用。相反，泡沫
21、陶瓷过滤器使用方便，过滤效果好，价格低，已得到广泛应用。发达国家中50%以上的铝合金熔体都采用泡沫陶瓷过滤板过滤。该技术发展迅速为满足高质量产品对熔体质量的要求，过滤板的孔径越来越细。国外产品已形成1570 ppi等多种规格，同时还有不少新产品面世。较有发展前途的是Selee公司的复合过滤板，该过滤板分为上下两层，上面一英寸的孔径较大，下面一英寸的孔径较小，品种规格有30/50、30/60、30/70 ppi等。复合过滤板较普通过滤板效率高，通过的金属量更大。Vesuvius Hi-Tech Ceramics生产的新型波浪高表面积过滤板，其表面积比传统过滤板高300%，金属通过量得以增加。国内
22、20世纪90年代初开始研制生产泡沫陶瓷过滤板，目前生产厂家众多，规模都较小，由于工业基础差，技术落后等原因，尚未生产出规格达40 ppi的产品，而且普遍存在盲孔、通孔较多等缺点，有待于进一步提高。2 非吸附净化法2.1 稀土净化法稀土与氢具有较大的亲和力，在铝熔体以及镁熔体中能与氢形成稳定的化合物，从而降低铝熔体及镁熔体中原子态和分子态的氢，可起到所谓的固氢作用，可以显著地减少针孔。对于铝合金来说，一般可以用Al-RE中间合金的形式加入，加入温度为720750 ；对于镁以及AZ91镁合金，如果加入Sr，会形成SrH2化合物，能有效地去除熔体中的氢。该方法操作简单，不会产生污染，精炼效果好，但是
23、稀土的价格较高，因此，推广起来较为困难。2.2 静置处理法静置处理是指将铝、镁合金熔体在浇注前静置一段时间，由于密度大的夹杂物会自发下沉，密度小的夹杂物会上浮，从而达到从熔体中分离的目的。但小颗粒夹杂难以用该法除去，且此法只能去除熔体中的较大夹杂物，除氢效果不明显。2.2.3 真空处理法真空除气法是是一种非吸附净化法，即是一种物理净化法。一般可以分为两大类，即静态真空除气和动态真空除气。（1） 静态真空除气。1957年出现了铝液的真空净化工艺。该方法是将盛有铝液的坩埚放置于密闭的真空室内，在一定温度下静置一定时间，使得溶入铝液中的气体上浮逸出。根据西华特定律，温度一定，空间内氢气分压越低，则铝
24、液中相应的氢溶解度就越小。由于除气反应只限于界面，液面上的氧化膜阻碍氢的扩散，导致除气效率不高，该法在铝业中应用不多。（2） 动态真空除气。铝加工业开发了动态真空除气工艺。在该工艺中由于铝液受到强烈的搅拌，熔体表面相对增加，传质系数也增加，因此，具有良好的除气效果。一般来说，动态真空除气5 min比静态真空除气20 min效果还好。真空处理法有以下几个优点： 微孔率显著下降，一般可以降低二级左右，力学性能普遍提高10%左右； 可以在变质后进行净化，不会破坏变质作用，避免了变质过程中的二次吸氢、氧化； 不会污染金属液体。这种方法虽然优点很多，但是没有在生产中获得广泛的应用，主要因为： 熔体在净化
25、过程中温度会下降，不容易满足浇注温度的要求； 当熔体深度过大时，除气效果会显著降低； 要求有一套真空设备，熔炼、浇注、维修的要求较高。日本的渡边哲男比较了通入Cl2法、搅拌处理法、熔剂处理法和真空处理法去除镁液中氢的效果。他认为通入Cl2法是去除镁液中最有效的一种除气方法，能将镁液中的氢含量降低到2 cm3/100 g，搅拌处理也是有效的；但是采用熔剂处理似乎没有太大作用；真空处理法是在10100 Torr时能将氢从20 cm3/100 g降低到59 cm3/100 g。2.4气体的电迁移铝、镁熔体在直流电流的作用下，在正极产生正离子，即H-eH+，H+向负极移动。在负极上2H+2eH2，生成
26、的氢分子逸出液面，从而达到除气的目的。实践表明，将石墨坩埚中容量为100 kg的ZL102合金熔体，通入直流电流250300 A，以及容量为150 kg的ZL105合金熔体，通入的电流密度为0.50.7 A/cm2，通电时间为2040 min，则氢含量减少28%30% （质量分数）。如果将电极改为海绵钛，能进一步提高除气率，并使得熔体内残留有钛，兼有细化的作用。2.5 振荡除气法合金熔体在受到高速定向往复振动时，导入合金熔体中的弹性波会在熔体内部产生空化现象，产生无数的显微空穴，于是溶于熔体内的气体原子就以空穴为气泡核心，进入空穴并结合成气体分子，长大形成气泡而逸出熔体，从而达到除气的目的。该
27、方法的实质就是瞬时区域性真空泡除气法，振动的方法有机械振动及超声波振动。在功率足够大时候，超声波振动产生的空化作用范围可达到全部熔体，不仅仅能消除宏观缩孔，也可以消除显微气孔，来提高铸锭的致密度。在超声波振动处理的铸锭中，比较关注的几乎都是组织细化的问题，而对于除气的问题关注的较少。但是，超声波除气作为一种经济环保的方法，已经得到了世界上各国的广泛关注。前苏联报道过有关超声波除气的内容。近几年，美国的橡树岭实验室，也对大气湿度、金属熔体温度以及熔体体积的脱气内容进行了研究；Helder P等也研究了熔体体积、熔体温度、超声波处理时间对AlSi9Cu3除气效率的影响，结果发现这三者对熔体的除气均
28、有重要的影响；李晓谦对超声施振参数 （超声功率、频率、施振深度） 进行了研究，结果表明各种参数对除气均有较大的影响。Naji Meidani A. R.等建立了一个数学模型和水的物理模型来模拟Al-Cu熔体中单个气泡的长大特性，结果表明，频率在2535 kHz间变化时，水中气泡内气体质量随着频率的降低而增大，李争彩等应用Matlab对超声波空化进行数值模拟，结果表明，较低的频率能够使得空化泡产生变得容易，这与李晓谦的结论相吻合。辽宁工业大学的李军文也对超声波除气进行了研究，结果表明，要想达到理想的除气效果，施加功率大小以及时间必须要适当，才能获得良好的除气效果，利用底部强冷与超声波相结合的方法
29、也能获得良好的除气效果，即获得致密度较高的铸锭。超声波除气的效果非常好，但是由于超声波发生器具有一定的局限性，使得该方法很难处理大量的铝、镁合金熔体，限制了其在工业中的应用。2.3 复合净化法复合净化法是分别利用各自净化方法的优点，取长补短，利用两种或几种方法结合来进行净化，马新建及申永刚用功率超声结合氩气操作的方法成功的去除了钢液中的夹杂物，在去除夹杂物的同时，也除去了熔体中的气体；类似的有美国橡树岭国家实验室的韩青有等用超声波与真空处理法成功地去除了A356熔体中的气体，发现两种方法的适当配合会比一种除气方法更为有效；辽宁工业大学的李军文利用C2Cl6预处理与超声波相结合的方法去除了铝熔体
30、中的氢，发现对于Al-2%Cu合金，未经脱气剂预处理的铸锭密度下降得更快。有无脱气剂的预处理，对铝熔体的最终气体含量存在着较大的影响。脱气剂的添加有助于改善后续的超声波除气效果。3展望（1） 对于铝合金及镁合金，除氢都是很重要的问题，但因镁合金除氢技术尚未成熟以及镁合金回炉料的增多及AZ91合金本身对显微气孔的敏感性，所以镁合金的除氢将是未来最热点的研究问题之一。（2） 对于镁合金来说，通Cl2是比较有效的除氢方法，但由于Cl2有剧毒，所以未在工业上得到广泛的应用；真空除气法也很有效，但是成本太高；通入惰性气体法也很有效，但需要时间较长，稀土固氢是比较好的方法，但是稀土成本太高。一种适合于工业
31、现场的简便、快速、低成本、无公害的镁液除氢装置的开发是镁合金除气的发展趋势。（3） 对比铝合金及镁合金的各种除氢方法，超声波除气作为经济环保且效果明显的方法有着较好的前景，用超声波处理不仅可以去除熔体中的气体，而且使得组织明显细化，并且可抑制偏析现象，但由于技术尚未成熟，仍在研究之中，未来超声波除氢将是铝、镁合金的研究热点问题之一。（4） 铝、镁合金中的除氢技术将为铝、镁合金的精炼提供有利的理论依据。（5） 各种方法的复合除气 （净化） 有更好的发展前景，将是未来的热点问题之一。四、测杂质的方法1图像分析法因夹杂物与基体的灰度不同,金相试验时设定灰度阈值,可检测出夹杂物水平。根据体视学原理,自
32、动图像分析仪测量的夹杂物面积分数实际上就是夹杂物的空间分布密度。2溴-甲醇法铝基体可以和液溴反应生成溴化物并溶于甲醇,而氧化铝等夹杂物不与液溴反应且不溶于甲醇。待铝基体与液溴反应并完全溶解后,过滤,然后灰化,可通过比色的方法来检测氧化夹杂物的含量。取用无水乙醇清洗过的10.000 1 g试样,放入烧杯,然后倒入100 mL甲醇。再取8 mL液溴,分5次加入烧杯并进行搅拌。待剧烈反应过后,将其放入50恒温水浴锅中保温,至铝基体完全溶解后过滤。将带有沉淀的滤纸置于银坩埚中,放入灰化炉中灰化。升温至650并保温0.5 h后冷却,加入3 g的NaOH,升温至750熔融后冷却。加入30 mL温水及一定量
33、的盐酸,用水定容至100 mL。取该溶液10 mL,稀释至50 mL左右,加入2%4%抗坏血酸2 mL并摇匀,加入2,4-二硝基酸指示剂,用1+5NH3H2O调成黄色,再用5%盐酸调至黄色刚好褪去。加入10 mL pH=4.4的缓冲溶液,摇匀,加入0.5%铝试剂4 mL,并用水定容至100mL,放置3 h后进行比色。铝标准溶液的配制:称取1.789 6 g六水三氯化铝(AlCl36H2O)溶于蒸馏水中,摇匀,并用水定容至1 000 mL。取100 mL该溶液,稀释至1 000 mL,即得相当于氧化铝浓度(Al2O3)=10g/mL的基准溶液。分别稀释制取(Al2O3)=0、0.2、0.4、0.
34、6、0.8、1.0g/mL共6瓶标准溶液备用。3溶剂冲洗法溶剂具有很强的吸附铝熔体中夹杂物的能力,当溶剂和铝熔体的比例较大时,经适当的搅拌,可以认为铝中的夹杂物大部分被吸附到溶剂中。然后浇注溶剂和铝熔体,冷却后用热水溶解凝固的溶剂,捡出里面的铝块,待充分溶解后过滤出沉淀物,对比沉淀物和试样原始的质量,便可得出其中夹杂物的含量。按45% NaCl,45% KCl,10% NaF的配比,称取熔剂200 g。将溶剂置于坩埚内,升温到780,保持1520 min。将准备好的20 g试样置于熔化的溶剂中,用石墨棒搅拌大约15 min后浇注。冷却后用热水反复冲洗,分离出金属块。溶剂充分溶解后静置、过滤、灰
35、化,然后称量灰化后粉末的质量。4结论图像分析法、溴-甲醇法和溶剂冲洗法3种夹杂物检测方法均能检测出纯铝中的夹杂物的含量水平。图像分析法最为直观,且检测结果偏大。溶剂冲洗法检测结果较为准确,且检测的结果偏小。溴-甲醇法在夹杂物含量较高时,检测结果较准确,且检测结果偏小;在夹杂物含量较低时,检测结果相对偏小较多。在实际应用过程中,可以根据夹杂物检测要求及各检测方法的特点综合选用。五、除杂质的方法高熔点脱氧产物 A1：0 在炼钢温度下呈 固态且体积较小 ，在炼钢过程中不易上浮长大 ，造成钢中 A10 夹杂物偏高 ，至使锻件检测不合格。因此 ，净化钢液及改变钢中夹杂物形态 、尺寸和分布量是改善产品质量
36、的重要手段。内生夹杂物的去除手段主要有夹杂物球化处理和氩气弱搅拌。1 球化处理钙使钢液脱氧的同时还能与溶于钢中的硫反应 ，降 低 钢 中硫 化 物 的溶 解 度。钙 的 沸 点 为1492 ，密度仅为钢液 的 15，在炼钢温度下 ，钙不仅会漂浮在熔渣表面，而且会很快被气化 。硅可以降低钙 的活性 ，又是良好 的脱氧剂 。因此 ，采用硅钙合 金 对 钢 中 夹 杂物 进 行 变 性 处 理。将A1203和 MnS变为球状 mCaOnA1203和 CaS，这类夹杂物有利于聚集长大和上浮 ，以消除夹杂物的不 良影响。当前在真空系统下 ，加入硅钙块反应激烈，但硅钙块密度小 ，漂浮在熔渣表面 ，效果不稳定 。若采用喂线机加入硅钙线 (用铁皮包裹 的硅钙粉 )，通过钢渣插入钢液中，硅钙合金快速熔于钢液中，对钢中夹杂物进行变性处理 ，效果会更好 。2 避免外来夹杂物外来夹杂物主要有 以下几种 ：浇注系统存在异物或耐火材料质量差侵蚀严重，会将夹杂物带人钢液 中；开浇速度过快 ，将吊挂的保护渣卷入钢液中，未能及时上浮而聚集在钢锭内；浇注过程 中水 口结瘤 ，随钢液进 入浇 注系统 会形成 FeO夹杂。因此 ，避免外来夹杂物是提高钢锭质量的关键环节之一。
