铝熔液质量：脱气、过滤与氧化物
压铸机只能浇铸熔炼车间提供的熔体。溶解的 氢、氧化膜及其他夹杂物会随金属进入 浇口套筒，最终进入铸件中。 因此，洁净且处理得当的熔液是 实现低废品率、铸件气密性以及可靠 的机加工、热处理或焊接的先决条件。
什么决定了铝熔体的质量？
主要有三个因素：溶解氢，它会在 凝固过程中形成气孔；氧化物和 夹杂物，它们会削弱铸件强度并干扰熔体流动；以及 温度控制，它同时影响上述两方面。 使用 惰性气体进行脱气可降低氢含量，过滤可截留氧化物和 颗粒，而谨慎的操作则可防止新的污染。
熔体质量应通过测量来确认，而非凭空臆测。简单的车间测试 能在问题导致废品产生之前，及时发现并纠正问题。
氢：无形的污染物
氢是唯一能以可观数量溶解于熔融 铝中的气体。其在液态金属中的溶解度远高于固态 金属，且随温度升高而增加。在凝固过程中，过量的 氢会被排出，并可能形成气孔。
主要来源是水分。 水蒸气与熔融铝发生反应， 形成氧化物并向熔体中释放氢气。水分来源于 潮湿的空气、受潮或受污染的原料、干燥不足的工具、 钢包和耐火衬里，以及燃料熔炉中的 燃烧气体。
在高压压铸过程中，大部分气孔是由夹带的 空气和凝固收缩造成的，而非氢气。溶解气体 仍然很重要，特别是对于需要热处理、焊接或 必须保持气密性的零件，微小的气孔可能会导致起泡或 泄漏。
氧化物、渣及其他夹杂物
熔融铝会立即被一层薄薄的氧化皮覆盖。只要它 停留在表面，就不会造成危害。 当表面因 湍流浇注、较大的落差或搅拌而破裂时，氧化膜会被卷入 熔体中。这些氧化膜可能在铸件中形成裂纹，并成为 气孔的成核点。
| 污染物 | 典型来源 | 对策 |
|---|---|---|
| 溶解氢 | 来自空气、炉料、工具、耐火材料及燃烧过程的水分 | 干燥原料和工具、惰性气体脱气、温度控制 |
| 氧化膜 | 湍流传热、落料高度过高、氧化回料 | 平稳传递、短落差、撇渣、过滤 |
| 耐火材料颗粒 | 炉体和钢包衬里磨损或受损 | 内衬维护、过滤 |
| 污泥（金属间化合物） | 铁、锰和铬含量高，且保温温度较低 | 合金控制、适合该合金的保温温度、定期清理炉体 |
对于污泥，通常采用经验污泥系数作为指标： Fe + 2 × Mn + 3 × Cr，各为重量百分比。临界值取决于 保温温度，应与合金供应商协商确定。
脱气：使用惰性气体去除氢气
铝铸造厂中最常见的方法是旋转脱气法。一个 旋转的石墨叶轮将惰性气体（通常是氩气或 氮气）分散成细小的气泡。 氢气从熔体中扩散进入气泡 并随气泡一同浮出液面。上升的气泡还会将氧化物 带往上方，随后可随渣一起撇除。
准备
预热转子和轴，检查转子磨损情况，并将熔体加热至处理温度。
处理
按设定值运行气体流量、转子转速和处理时间；避免产生将氧化物吸入熔体的涡流。
撇渣与验证
小心去除渣，并通过熔体质量测试确认结果。
及时使用
经处理的熔体随时间推移可能会再次吸收氢，尤其是在潮湿环境下。
脱气操作的具体位置取决于熔炼车间的布局：可在转运 钢包中、在独立的处理工位上，或在熔炉内进行。关于 不同类型熔炉的作用，详见我们的文章 《加料炉、熔炼炉还是保温炉？》
过滤：截留氧化物和颗粒
过滤器通过机械作用截留氧化物薄膜和固体颗粒。按孔径分类的陶瓷泡沫 过滤器广泛应用于出钢槽、熔炉 出口或加料炉中。 过滤精度越高，能截留的夹杂物越小，但 流阻越大且更容易堵塞，因此过滤器的选择必须与 处理量和更换周期相匹配。
过滤无法去除溶解氢，而仅靠脱气也 无法去除所有夹杂物。这两种处理方法相辅相成。只有当金属在后续过程中 不再受到污染（例如因向出钢管中涡流式浇注而导致）时，这两种 方法才有效。 充型 条件对气孔率的影响，详见我们关于 模具充型和真空处理的文章。
如何测试熔体质量
减压试验
一个试样在大气压下凝固，另一个则在 规定的真空条件下凝固。气体和氧化物会导致真空试样形成更多 气孔，从而导致其密度较低。密度指数通过比较 这两个数值来评估。
夹杂物测试
对简单试样进行断口试验，可在 断口表面观察到氧化膜。为了进行更详细的分析，实验室方法 会对过滤后的金属试样中的夹杂物进行定量分析。
密度指数 [%] = (ρatm−ρvac) /ρatm× 100
ρatm= 样品在大气 压力下凝固时的密度，ρvac= 样品在减压 条件下凝固时的密度，单位均为 g/cm³。只有在样品尺寸、压力和操作程序完全一致的情况下， 结果才具有可比性。
日常操作熔体质量检查表
- 原料和回料应保持干燥、清洁，并存放在有遮盖的地方
- 钢包、工具和撇渣器在接触熔液前应涂覆保护层并预热
- 检查熔炉和钢包内衬是否有损坏和积垢
- 熔体温度须在合金及工艺规定的范围内
- 记录脱气参数并检查转子状态
- 小心清除渣，避免将氧化物搅回熔液中
- 根据处理量选择过滤器，并按规定间隔进行更换
- 转运和出钢时保持低湍流且落差较小
- 定期进行密度指数或同类测试并记录结果
常见问题
高压压铸中是否需要脱气？
这取决于零件的要求。对于需要进行热处理、 焊接或必须具备气密性的零件，控制氢含量和确保熔体 纯净通常非常重要。具体要求应根据 产品进行定义。
过滤能否替代脱气？
不能。过滤器可截留固体夹杂物和氧化膜，但无法去除 溶解氢。脱气和过滤针对的是不同的问题。
为什么熔体质量会随天气变化而变化？
湿度是氢的来源。在潮湿的日子里，熔体通过与空气、工具和材料的接触会吸收 更多的氢，因此 定期检测很有必要。
更高的熔体温度能否提高质量？
不一定。温度越高，氢的溶解度越大， 氧化程度也越深。温度应控制在工艺要求的范围内， 但不宜过高。
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