铝合金熔体过滤净化技术

上海交通大学科技成果——铝熔体电磁净化技术与装备
技术背景
高性能工业铝材生产中必需的关键熔体净化技术，可去除普通过滤方法难以除净的<10μm微细夹杂，显著提高材料的加工性能与表面质量，并改善其塑性、抗疲劳等力学性能。

铝熔体电磁净化系统
技术水平
采用国际铝工业界公认的PoDFA检测装置，分析表明经过电磁净化后夹杂物含量可降低到0.02mm2/kg，达到国际先进水平。

获得7项中国发明专利和1项美国专利。

获得国家技术发明二等奖、上海市技术发明一等奖和中国有色工业科学技术二等奖各1项。

应用领域
铝合金架空导线、OA用高精密挤压铝管、高精度铝板带箔、高强航空铝合金中厚板。

大跨越用铝导线OA用高精密铝管
大飞机用铝合金板锭。

铸造铝合金熔体净化技术及工艺进展杨途才文章首先简要分析了铝合金铸造中的熔体净化技术，在此基础上对铝合金熔体净化技术的工艺进展进行论述。

期望通过本文的研究能够对铝合金铸造质量的提升有所帮助。

标签：铝合金熔体；铸造；净化技术1铝合金铸造中的熔体净化技术分析在对铝合金进行铸造的过程中，受熔炼工艺的影响，使得熔体当中不可避免地会存在一些气体、夹杂物及金属杂质等，由此可能会导致铸造出来的铝合金出现裂纹、气孔等质量缺陷，对铝合金制品的整体强度、抗蚀性以及外观品质会造成影响。

熔体净化技术的出现，为这一问题的解决提供了途径，在铝合金铸造中，常用的熔體净化技术有两类，一类是吸附净化，另一类是非吸附净化。

下面分别对这两类技术进行分析。

1.1吸附净化技术。

此类技术主要利用熔体与吸附剂进行直接接触，通过吸附剂的理化和机械作用，去除铝合金熔体当中的气体和杂质。

具体包括以下几种方法：过滤法、气泡浮游法和溶剂法。

1.1.1过滤法。

以具有一定活性的材料制成过滤容器，将铝合金熔体置于其中，从而将悬浮在熔体当中的固态夹杂物分离出来，进而达到净化的目的。

这里所指的活性材料有陶瓷泡沫、玻璃丝布、微孔陶瓷管等等。

在上述几种材料中，最为常用的是以玻璃丝布制作成的过滤网，其优点是制作成本低、结构简单、实用性强，但在实践中发现，这种净化方法存在一些不足，其中最为突出的是过滤效果的稳定性欠佳，在过滤时，只能凭借滤网的网眼将一些尺寸较大的夹杂物去除掉，而比较微小的夹杂物则很难有效去除，并且每个滤网仅能使用一次，不可以重复利用。

陶瓷泡沫虽然净化效果比较好，并且使用也比较方便，但它的空隙率比较高，净化效率一般。

陶瓷管具有良好的过滤除渣能力，可将小到微米级的夹杂物过滤掉，但这种方法只适用于高质量铝合金制品的生产。

1.1.2气泡浮游法。

该方法也被称之为吹气法，可有效去除铝合金熔体当中的氢气，除此之外，在处理过程中，气泡上浮还可以吸附少部分氧化夹杂物，具有除杂的效果。

铝及铝合金的熔体净化和晶粒细化摘要：综述了铝合金熔体净化的技术特点，重点分析了气泡浮游法、过滤法、熔剂法等几种常见的熔体吸附净化方法的工作原理和工艺改进，介绍了新型的旋转脉冲喷吹工艺、超声波净化工艺和电磁净化工艺，并展望了熔体净化工艺研究发展的趋势；综述了晶粒细化剂的发展历史及细化剂的细化机理和各种细化剂的比较，并着重介绍了新一代的Al-Ti-C晶粒细化剂。

关键词：铝合金；熔体净化；细化剂；细化机理1综述近年来铝合金材料大致向两个方向发展：一是发展高强高韧等高性能铝合金新材料，以满足航空航天等军事工业和特殊工业部门的需要；二是发展一系列可以满足各种条件用途的民用铝合金新材料。

与国外相比，我国铝合金研究的整体水平还比较落后，基础理论研究和技术装备水平及其完善程度都与国外的差距很大。

目前，铝合金研究的重点之一是研究和采用各种先进的熔体净化与变质处理方法，去除铝液中的气体和夹杂物，降低杂质含量，提高铝熔体的纯度，细化铝的晶粒从而改善铝合金的性能。

这也是可持续发展战略中废铝回收亟待解决的技术难题。

熔体净化是保证铝合金材料冶金质量的关键技术，引起企业界的广泛关注。

铝合金熔体净化的目的，主要是降低熔体中的含气量和非金属夹杂物含量。

对熔体纯洁度的要求，一般铝合金制品的含气量应小于0.15ml/100gAl，特殊的航空材料要求在0.10ml/100gAl以下；钠含量应在5ppm以下；非金属夹杂物不允许有1～5Lm尺寸的颗粒和聚集物，夹杂物含量越低越好。

可见，对铝合金熔体的纯洁度要求是非常严格的。

要达到上述要求，需采用各种先进的净化处理技术。

铝及其合金组织的微细化，可显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能。

晶粒细化处理是使铝及其合金组织微细化，获取优质铝锭，改善铝材质量的重要途径。

铝加工工业的迅速发展促进了各种铝晶粒细化剂的开发与生产。

本文将在初步总结和分析国内外熔体净化和晶粒细化剂生产实践及文献资料的基础上，较全面地讨论各种铝合金熔体净化技术及其发展趋势，讨论各种晶粒细化剂及发展趋势。

铝熔体在线电磁净化技术及设备1何向问2张昌兵3疏达1中色科技股份有限公司，河南洛阳，邮编4710392上海中跃能源科技有限公司，上海，邮编2001253上海交通大学，上海，邮编200240摘要：铝熔体净化的种类根据熔体位置和净化机理可以分为不同类型，本文着重介绍了铝熔体在线电磁净化技术和设备，描述了该设备的组成及其工作原理，最后通过将其与目前市场上常见的陶瓷板过滤装置、管式过滤装置和深床过滤装置进行对比，分析其优势和缺点，指出了其光明的前景。

关键词：铝熔体净化电磁净化技术陶瓷板过滤管式过滤深床过滤铝熔体净化的主要目的是除去其中的气体（主要是游离态的氢）、碱金属（主要为钠离子、钾离子等）和非金属夹杂物（主要为氧化铝等）。

一般情况下，铝熔体中的气体和非金属夹杂物可以同时去除，只是每种技术和设备的侧重各不相同，而碱金属的去除则需要特殊的精炼剂（或气体）进行专门的去除。

1铝熔体净化技术铝及铝合金熔体内氢含量、碱金属含量和氧化铝含量的多少对产品质量有着至关重要的影响。

因此，人们为了从源头上提高铝及铝合金产品的质量，开发出了多种铝熔体净化技术。

根据铝熔体处理的位置不同可以分为炉前预处理、炉内处理和炉外在线处理；根据净化的机理可以分为吸附净化技术和非吸附净化技术。

吸附净化技术主要是依靠精炼剂（精炼气体）或其他介质对铝熔体中的氢和非金属夹杂物进行吸附，达到净化铝熔体的目的；非吸附净化技术是除此之外依靠其他物理化学作用，达到铝熔体净化的目的。

炉前预处理，主要是指在加入熔铝炉之前对铝熔体的净化。

目前国内外很多铝及铝合金产品的生产厂家采用电解铝液作为原料。

电解铝液虽然能大大减少配料和熔化时间，节约能源，但熔体中却存在“二多、一少、一高”的现象，即氢含量多、夹杂物多、活性晶核少、铝熔体温度高，非常容易造成铸坯的冶金缺陷，如气孔、夹渣、晶粒粗大等，对最终产品质量产生不良影响。

为确保原料的纯净度，必须对电解铝液提前采取净化处理。

铝合金熔体净化工艺3Ξ上海交通大学　蒋海燕ΞΞ　孙宝德　倪红军　丁文江摘　要　分析总结了各种铝合金熔体净化方法的技术特点,并简要介绍了最新发展的新工艺。

在旋转喷吹除氢的基础上,提出了一种脉冲进气法,可使喷吹出的气泡尺寸减小至μm 级,大大提高了气泡在熔体中的比表面积,与传统的恒压进气方式相比较,脉冲进气法可增加进气压力,减小转子转速,使熔体液面平稳并可削弱合泡现象。

关键词:铝合金　净化　工艺中图分类号:TF111.18 文献标识码:A 文章编号:1001-2449(2001)02-0048-02图1　连续净化装置示意图1　熔体净化方法铝合金净化方法按其作用原理可分为吸附净化和非吸附净化两个基本类型。

吸附净化是指通过铝熔体直接与吸附剂(如各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质)相接触,使吸附剂与熔体中的气体和固态氧化夹杂物发生物理化学的、物理的或机械的作用,达到除气、除杂的目的。

属于吸附净化的方法有:吹气法、过滤法、熔剂法等等。

非吸附净化是指不依靠向熔体中加吸附剂,而通过某种物理作用(如真空、超声波、密度差等),改变金属2气体系统或金属2夹杂物系统的平衡状态,从而使气体和固体夹杂物从铝熔体中分离出来的方法。

属于非吸附净化方法的有:静置处理、真空处理、超声波处理等。

1.1　吹气法吹气法又称气泡浮游法,它是将惰性气体(如氮气、氩气等),通入到铝熔体内部,形成气泡,熔体中的氢在分压差的作用下扩散进这些气泡中,并随气泡的上浮而被排除,达到除气的目的。

气泡在上浮的过程中还能吸附部分氧化夹杂,起到除杂的作用[1,2]。

吹气法是20世纪70年代发展起来的铝熔体净化工艺[3],主要用于除氢,按其气体导入方式,可分为单管吹气法、多孔喷头吹气法、固定喷吹法、旋转喷吹法。

吹气法的效果一方面取决于惰性气体的性质和纯度,更主要的取决于气泡的大小和气泡在熔体中的分散程度,如果吹入的气泡直径越小,分布越均匀弥散,则气泡比表面积越大、熔体中的氢扩散进气泡的路程越短、气泡上浮越慢、除气率越高,另外,还取决于吹气时间、吹气压力、吹气温度等工艺参数[4,5]。

铝及铝合金熔体净化处理铝料的表面都有一层厚薄不均的氧化膜，有时还吸附水分，夹杂灰沙，粘有油污，涂有油漆等。

在熔化时，铝料在高温环境中进一步氧化，氧化膜厚度增加，并与气氛中的水分起化学反应，生成氧化铝和氢，使氧化夹杂和气体含量增加。

所以，铝料熔化以后，必须进行净化处理，以清除铝液内部的杂质和气体。

用于净化铝液的物质统称为熔剂。

熔剂在室温多数是固体或气体，也有个别熔剂是液体，如CCl4。

固体熔剂的优点是体积小，容易运输和储存，但都具有较强的吸湿性，必须密封包装。

为了提高固体熔剂的净化效果，可将熔剂压紧成紧密小块用铝箔包裹，放入长柄的钻孔容器内插入熔池底部。

对以NaCl和KCl的混合盐为基体的熔剂，可先按配比将混合盐熔化后，加入难熔组分，例如Na3AlF6，经搅拌冷却后注入密封铁箱内。

熔剂使用前应存放在室温较高的干燥地点，如熔炉旁，以防受潮。

在熔炉内施加覆盖熔剂，可以减少熔化消耗，阻止铝液从炉膛气氛中吸收气体，但覆盖熔剂的耗用量大(约相当于铝料重量的10%)，使生产成本提高，中小型铝加工厂一般不采用。

净化熔剂的使用通常是在铝料熔化以后将按配比混合的粉状熔剂撒在熔池表面，然后用长柄工具搅动铝液促使灰渣上浮。

在搅动过程中，部分熔剂加入熔池内部，与铝液发生化学反应，生成不溶于铝的气态物质，在气泡上升过程中起除气和除灰的作用。

使用较多的一种熔剂是2份冰晶石与1份氯化铵混合的粉末，其净化铝液时的化学反应如下：Na3AlF6＋Al→2AlF3＋3NaNH4Cl＋2Al→AlN＋AlCl＋2H2AlF3＋2Al→3AlFAlCl3＋2Al→3AlCl6AlF＋3O2→2Al2O3＋2AlF36AlCl＋3O2→2Al2O3＋2AlCl3以上化学反应中所生成的Al2O3，AlN和H2，连同铝液中原有的Al2O3和H2一起被AlF3和AlCl3气泡带出液面。

有时也用Na2SiF6作为熔剂，但其净化效果不如Na3AlF6。

铝及铝合金熔体净化方法研究摘要：论述了国内外铝合金熔体净化工艺和净化剂的研究现状，并简要介绍了我国铝合金净化的行业现状，提出了铝熔体提高净化效果的主要途径及发展方向。

本文同时介绍了铝及铝合金熔炼过程中铝熔体中存在的可溶的和不溶的杂质氢及氧化物夹杂及其所造成的冶金缺陷，论述了铝熔体净化处理的重要性，分析了传统的铝熔体炉内分批净化处理所存在的不足，说明了先进的净化处理工艺产生的背景，从理论上阐明了铝熔体净化的机理，详细地分析了这些先进的净化处理工艺与设备的特点、处理效果及所存在的问题，指出了铝熔体净化处理工艺的发展方向。

关键词：熔体净化铝合金1 引言在航空航天等国防技术领域，大型铝合金构件的应用越来越多，对构件的要求越来越高，除了要保证其化学成分、力学性能和尺寸精度外，还不允许铸件有缩孔、气孔、渗漏、夹渣等缺陷。

铝合金熔体净化处理是生产高质量的铝铸件的基本保证措施之一，也是提高铝合金综合性能的主要手段。

铝合金熔体精炼效果对疏松、气孔、夹杂等的形成有重要影响，且直接影响铝铸件的物理性能、力学性能以及使用性能。

没有高质量的铝合金熔液，即使以后的变质、晶粒细化处理再有效，加工成形控制再先进，采取合理的铸造工艺以及热处理工艺，缺陷一旦从开始就产生，仍然会顽固地存在、难以弥补，高质量的铸件也是很难想象的。

因此，人们非常重视铸造铝合金熔体中的气体和夹杂物，并采取各种铝合金熔体净化措施排除气体和夹杂物[1-3]。

目前，铝合金熔体纯净化和均质细晶化的综合处理，被认为是获得优质铝合金必须解决的共性技术基础问题。

有许多相关的研究如：各种铝熔体除气去渣的净化方法（物理的和化学的），各种电、磁场对熔体的处理方法，研究合金熔体的结构及熔体的热历史对凝固组织的影响，快速凝固粉末冶金铝合金的研究等等。

铝合金熔体净化处理按处理所处的生产环节的不同，可将其分为炉内处理和炉外处理两大类。

铝合金熔体炉内净化技术按照净化作用的机理又可以分为吸附净化处理技术和非吸附净化处理技术。

铝合金炉外净化工艺流程一、铝合金炉外净化的重要性。

铝合金在熔炼过程中呀，会混入好多杂质的，就像一群不速之客闯进了一个原本纯净的世界。

这些杂质要是不除掉，那铝合金的性能可就大打折扣啦。

比如说它的强度、韧性、耐腐蚀性之类的，都会变得很糟糕。

所以呢，炉外净化就像是给铝合金来一场超级大扫除，让它能以最佳的状态去面对各种用途，不管是做汽车零件呀，还是盖高楼大厦用的铝合金材料，都得经过这关键的一步。

二、气体净化。

这气体净化可是炉外净化工艺流程里的一个大招哦。

其中一个常用的方法就是通入惰性气体，像氩气就特别受欢迎。

想象一下，氩气就像一群小卫士，冲进铝合金熔液里，把那些溶解在里面的氢气之类的有害气体给赶跑。

它们在熔液里欢快地游动，就像在玩追逐游戏一样，把有害气体都驱散开。

还有一种方法是用氯气呢，不过氯气有点小危险，就像一个有点调皮但又很厉害的小怪兽。

使用氯气的时候得特别小心，它能和铝合金熔液里的杂质发生反应，生成一些氯化物，这些氯化物就会浮到熔液表面，很容易被清除掉啦。

三、熔剂净化。

熔剂净化就像是给铝合金熔液敷上一层神奇的面膜。

熔剂通常是一些由盐类组成的混合物。

把这些熔剂加入到铝合金熔液里，它们就会像小海绵一样，吸附熔液里的氧化物杂质。

这些熔剂可聪明啦，它们专门去找那些捣乱的氧化物，然后紧紧地抱住它们，最后带着这些杂质一起浮到熔液的表面。

这时候只要把表面的那层东西给舀掉，就等于把杂质给清理出去啦。

而且不同的铝合金可能需要不同配方的熔剂，就像不同肤质的人要用不同的面膜一样呢。

四、过滤净化。

过滤净化就像是在铝合金熔液的必经之路上设置了一个超级筛子。

这个筛子可以是陶瓷做的，也可以是纤维做的。

当铝合金熔液缓缓流过这个筛子的时候，那些固体杂质就会被筛子给拦住，就像小鱼想游过一个细密的网，大一点的杂质就过不去啦。

这样一来，从筛子另一边流出来的铝合金熔液就变得更加纯净啦。

这就保证了铝合金在后续的加工过程中不会因为这些固体杂质而出现问题，比如说堵塞模具之类的麻烦事儿。