高性能铝合金精炼剂的探讨

1、 氧化物夹杂的类型

熔融金属液在精炼处理以及运输过程中，氧化皮、金属间化合物、炉膛碎片等异质物容易被带入到金属液中，形成非金属夹杂，这些非金属夹杂主要是氧化物夹杂。根据其在熔化和浇铸过程中形成时期的不同，可以分为一次氧化物夹杂和二次氧化物夹杂。

一次氧化物夹杂主要是指铝液浇注前形成的所有氧化物夹杂。一次氧化物夹杂按其形状可分两类:一类是宏观组织中分布不均匀的大块夹杂物，这类夹杂物，使合金组织不连续，降低工件的气密性能，成为腐蚀的根源，明显降低铝合金的强度和塑性，也往往成为零件的裂纹源，第二类氧化物夹杂是指细小的、弥散的夹杂物，即使经过仔细净化也不能全除去，它使金属液粘度增大，降低凝固时铝液的补缩能力，易造成铸件的缩松。

二次氧化物夹杂，又称为内生夹杂物，主要是在浇注过程中形成的。内生夹杂物一般来说分布比较均匀，颗粒也比较小。铝液在浇注过程中的飞溅、紊流是二次氧化物夹杂的主要来源。铝液在砂型中，与型砂中的水分作用，经水分解为氧和氢，氧与铝作用形成氧化物夹杂，氢溶于铝液。

2、 杂质去除方法

铝熔体中的有害杂质元素可用真空处理去除和精炼剂法化学去除。真空处理就是在真空条件下，利用杂质元素的沸点低于铝(沸点为1800℃)和铝合金主要成分的沸点，通过蒸发使之去除。真空处理可以将钙、锌等的量降低到lppm以下，但是还未获得工业应用。

有害杂质元素可与精炼剂发生化学反应而生成能够与铝分离的化合物，并通过精炼剂的吸附作用而被带入精炼渣中排出。其它金属与氧、按和硫的生成热大小排列如下：

氧化物:镁、铝、钠、硅、锰、锌、铁、镍、铅、铜；

氯化物:钠、镁、铝、锰、锌、铅、铁、镍、铜、硅；

硫化物:钠、镁、锰、锌、铝、铁、铜、铅、硅、镍

以去除氧化物夹杂为主的方法主要有：电熔剂法、过滤法和精炼剂法。其中精炼剂法和过滤法的研究与应用相对广泛和深入。但是，过滤法由于所用多孔陶瓷过滤器价格高，在使用过程中容易堵塞而消耗大，其应用也受到一定的限制。
在铝合金熔炼过程中，将精炼剂加入到熔体内部，通过一系列物理化学作用，达到去除氧化物夹杂的作用。精炼剂的除杂能力是由精炼剂对熔体中氧化物夹杂的吸附、溶解作用以及精炼剂于熔体之间的化学作用决定的。精炼剂和氧化物夹杂之间的界面张力越小，其吸附的作用越好，去除氧化物夹杂的作用就越强。

3、 铝合金的精炼方法

目前主要所采用的精炼方法：净化。

3.1吸附净化：气泡浮游法、溶剂法、过滤法

3.2非吸附净化：真空处理法、超声波处理法、稀有合金除氢法、电溶剂法

3.3复合净法

4、精炼剂的生产方法精炼剂的生产方法按其发展过程和特性来划分有熔合法、烘干混合法和综合混合法。

4.1熔合法

熔合法就是将高熔点(对于铝合金而言)无机盐按照低共晶点配比，进行高温脱水、高温熔化处理，产生低熔点混合盐，冷凝后再破碎成块状或磨成粉状，该方法脱水彻底。

用熔合法制作精炼剂时，可先将低熔点的氯盐熔化，在一定的温度下加入难熔成份，在高温下融合在一起，然后浇铸成块，储于干燥容器内，使用前再破碎、碾磨过筛。用熔合法制作的精炼剂质量较高，能充分地除去水分，且成份均匀，一般精炼剂都用此种方法制作。其制作过程可分为精炼剂的熔制一精炼剂热加工，精炼剂的破碎及碾磨一精炼剂冷加工两个阶段。

4.1.1精炼剂热加工首先，按照各种成分合理地配料，所配之炉料应清洁，无肉眼可见的机械杂质及脏物。各材料的化学成分应符合有关的使用标准。然后，进行精炼剂的熔炼。

高温下，氯化钾易挥发损失，冰晶石分解生成AlF3气体跑掉。为了保证精炼剂的成份和含量，充分发挥除杂的效果，熔炼温度不宜过高，时间不宜过长。熔炼后选取代表试样，做化学分析。

4.1.2精炼剂冷加工熔制好的精炼剂应放置干燥处，或者放在密封地铁箱中，生产需要时，经人工或机械破碎、碾磨，按照需要加工成一定粒度的块状或粉状精炼剂。

精炼剂先初次破碎成大块，再送入颚式破碎机中，破碎到适当的粒度。破碎后的块由人工或钢筛进行筛选。
块状或粉状精炼剂置于大气中，极易吸水而变潮湿。将其用于铝合金生产中，会增加铝合金熔体的含气量，直接影响产品质量。故制作完的精炼剂应放置在干燥室内，临时使用时取出。

加工精炼剂时，要按制作的先后次序放发和使用。由于时间过长或保存不当等，都要事先取样分析含水量，一般不得超过2%，否则需重新干燥或重熔。

4.2烘干混合法

烘干混合法，是将需要的盐经充分烘干脱水，然后依据高温熔盐的共晶点成分配比，再加入一些有利于脱氢和脱渣的组分机械混合而成。该法用于配制简单的、质量要求不高的精炼剂，供选的常用原料有NaCl、Na2CO3、KCl、MgC12、Na3AlF6、BaC12、NaF、K2CO3等。

烘干混合法的生产工艺流程为：

烘干-配料-混合-包装-产品

烘干混合法可生产无毒精炼剂，无毒精炼剂的主要成分是NaNO3+C(石墨)，再加入适量起增重、缓冲作用的耐火砖屑和一定数量的Na2CO3，Na2SiF6组成。在700℃以上铝液中，Na2CO3对Al起氧化作用，且铝液翻滚严重，因而存在一些缺点。

4.3综合混合法

将所需的一些高熔点氯盐和氟盐按低共晶点成分混合，进行离子化脱水处理，然后与烘干的其它组分混合，是一种综合性生产方法，弥补以上方法不足。例如：精炼剂系列中所需的NaCl、KCl、Na3AlF6、CaF2混合后加水搅拌，几天后流化床干燥、破碎、干燥脱水，这就是所谓的低温离子化处理。这样，在颗粒边界产生类共晶化合物，提高其粒子的表面活性，主要用作喷射精炼剂的原料等，便于实现喷射精炼，或者混合后进行高温熔融处理，综合混合法生产的精炼剂性能有待进一步研究。

5、精炼剂的除杂作用

在铝及铝合金熔体中，精炼剂能够通过物理的、化学的或物理化学的相互作用，从熔体中除去金属杂质，氧化物及其它氧化物夹杂等。精炼剂的除杂能力是由精炼剂对熔体中的氧化物夹杂的吸附、溶解作用以及精炼剂与熔体中杂质之间的化学作用决定的。精炼剂和夹杂物之间的界面张力越小，精炼剂的吸附作用越好，除杂作用越强。铝熔体中有一部分金属杂质在熔炼过程中是很难除掉的，这部分杂质只能在原材料中严格限制，如硅、铁等杂质，而另一部分金属杂质，如钙、锌等金属，它们都将对铝合金的性能产生不良影响，这些有害杂质应设法在熔炼或铸造之前除去，传统的方法是熔炼中在炉内加入精炼剂进行处理，故称作为“精炼”。

6、总结

现有精炼剂的一个共同点就是应用范围窄、功能单一，需分别投入几种不同精炼剂后才能达到不同的目的。而且往往效果不显着，或对熔体洁净度或环境有害，并程度不等地存在着各种问题。故而研制开发集多种功能为一体的新型精炼剂将是今后发展的方向之一。