一種吹氣攪拌定向脫除鋁合金中氫氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料與冶金過程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吹氣攪拌定向脫除鋁合金中氫氣的方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]鋁合金在熔煉和鑄造的過程中，通常夾雜有雜質(zhì)和氣體，夾雜的氣體主要是氫氣。氫在鋁合金的固液兩相中溶解度不同，在液相鋁合金中溶解度比在固相鋁合金中的溶解度大，氫在固相線上下的溶解度分別為每100g鋁液氫含量為0.65 mL和0.034 mL。由于溶解度不同，在凝固過程中，氫氣就傾向于向液相中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在鑄件內(nèi)部形成氣泡，嚴(yán)重影響了鑄件的性能。
[0004]目前，鋁合金熔體除氣方法主要有吸附法和非吸附法:吸附法主要有氣泡浮游法、過濾法、溶劑法。非吸附法主要有超聲波凈化法、電磁凈化法、真空處理法等。吸附法是指通過鋁合金熔體直接與各種氣體、液體、過濾介質(zhì)、固體精煉劑等相接觸，通過物理、化學(xué)或機(jī)械作用來達(dá)到除氣和除雜的目的。非吸附法是指不通過向熔體中添加吸附劑，而是通過某些物理手段來改變金屬與氣體或夾雜物系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，從而達(dá)到分離的目的。我國(guó)目前的鋁合金熔體處理水平與國(guó)際先進(jìn)水平仍有一定的差距，國(guó)內(nèi)鋁合金含氫量達(dá)不到
0.10?0.20 mL/100g這個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:怎樣提供一種吹氣攪拌定向脫除鋁合金中氫氣的方法，使鋁合金中的氫能夠得到有效脫除，且同時(shí)具有工藝流程短、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種吹氣攪拌定向脫除鋁合金中氫氣的方法，包括如下步驟:
1)預(yù)處理:將鋁合金原料置于熔煉爐內(nèi)，在氮?dú)饣蚨栊詺怏w的氣氛下，加熱使?fàn)t內(nèi)的鋁合金原料熔化，得到鋁合金熔體；其中，控制熔煉爐內(nèi)壓力為常壓，溫度為550?2000°C，加熱時(shí)間為5?300min，保溫時(shí)間為1?180min ；
2)吹氣攪拌定向凝固處理:采用從上往下吹入氮?dú)饣蚨栊詺怏w的方式，對(duì)步驟1)所述鋁合金熔體進(jìn)行吹氣攪拌，同時(shí)進(jìn)行向下定向凝固處理，將鋁合金熔體冷卻至液相線溫度，達(dá)到脫氣作用，獲得高純鋁合金；其中，控制吹氣攪拌的吹氣深度距鋁合金熔體底部2?20cm，氣流量為10?12000 mL/s，控制定向凝固的下拉速度為1?12000 μ m/s。
[0008]這主要結(jié)合了吹氣攪拌和定向凝固兩種方法。往鋁合金熔體中吹入惰性氣體，氣體攪拌的作用加速了鋁合金熔體中氫原子之間的相互碰撞，促使分布在鋁合金中的氫原子結(jié)合形成氫氣；并且由于吹入氣體，使得鋁合金熔體內(nèi)部產(chǎn)生大量的氣泡，利用氫在鋁合金熔體和氣泡之間的分壓差不同，促使鋁熔體中的氫氣不斷的進(jìn)入氣泡，逸向液面。同時(shí)，對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行定向凝固處理，即底部先凝固，利用氫在鋁合金固液相的溶解度不同，將氫氣從熔體的一端逐漸匯集到另一端，促使氫逐漸向頭部富集并逸出。
[0009]上述方法中采用溫度為550?2000°C，加熱時(shí)間為5?300min，保溫時(shí)間為1?180min，在上述條件下鋁合金原料的熔融狀態(tài)優(yōu)良，熔化充分，有利于后期的吹氣攪拌定向凝固處理；控制吹氣攪拌的吹氣深度距鋁合金熔體底部2?20 cm，選擇該吹氣深度對(duì)熔體的攪拌程度較優(yōu)，能夠盡可能地除去鋁合金中的氫氣，達(dá)到脫除氫氣的目的；氣流量為10?12000 mL/s，選擇該氣流量對(duì)熔體的攪拌作用較優(yōu)，能使熔體中產(chǎn)生合適數(shù)目和大小的氣泡，使氫氣盡可能地進(jìn)入氣泡內(nèi)；控制定向凝固的下拉速度為1?12000 μπι/s，可以使熔體的冷卻速度較慢，使氫氣有足夠的時(shí)間充分地富集在液相中，又可以避免采用過慢的下拉速度耗時(shí)耗能的問題。
[0010]作為優(yōu)化，所述鋁合金中鋁的質(zhì)量含量為5%?95%。選用這樣的鋁合金，能夠達(dá)到更好的脫除氫氣效果。
[0011]作為優(yōu)化，所述鋁合金中其它合金成分為硅、鐵、鎂、鈦、銅和鋅中的一種或多種。選用這樣的鋁合金，能夠達(dá)到更好的脫除氫氣效果。
[0012]作為優(yōu)化，所述惰性氣體為氬氣。選擇氬氣能夠更好地排出空氣，提供更好的惰性環(huán)境，保證鋁合金不被氧化。
[0013]作為優(yōu)化，步驟1)中溫度為700°C。鋁合金在該溫度下能夠充分熔化為熔體，同時(shí)又能避免使用過高加熱溫度浪費(fèi)能源的問題。
[0014]作為優(yōu)化，步驟1)中加熱時(shí)間為30 min，保溫時(shí)間為10 min。在該加熱時(shí)間和保溫時(shí)間下，鋁合金既能充分熔化，又不會(huì)浪費(fèi)能源。
[0015]作為優(yōu)化，步驟2)中控制吹氣攪拌的吹氣深度距鋁合金熔體底部2cm。這樣，能夠更有利于鋁合金熔體中氫原子結(jié)合形成氫氣，并能促進(jìn)熔體充分?jǐn)嚢琛?br>[0016]作為優(yōu)化，步驟2)中氣流量為100 mL/s。這樣，更有利于氫原子結(jié)合形成氫氣，且能在鋁合金熔體內(nèi)產(chǎn)生合適數(shù)量的氣泡，促使鋁熔體中的氫氣充分進(jìn)入氣泡內(nèi)，逸向液面。
[0017]作為優(yōu)化，步驟2)中控制定向凝固的下拉速度為100 μ m/s。選擇該下拉速度，可以達(dá)到合適的凝固速率，利用氫在液固兩相的溶解度不同，使鋁合金中的氫充分地富集在液相中，達(dá)到更好的脫除氫氣的效果。
[0018]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明在常壓下結(jié)合吹氣攪拌和定向凝固處理，加速了鋁合金熔體中氫原子結(jié)合成氫氣，繼而進(jìn)入吹氣形成的氣泡中，逸向液面，并通過對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行定向凝固處理，利用氫在鋁合金固液兩相中的溶解度不同，達(dá)到良好的脫氫效果。經(jīng)檢測(cè)采用本發(fā)明方法除氫率高于90%，獲得的鋁合金氣孔率低于0.15%，抗拉強(qiáng)度提升90%以上。
[0019]2、本發(fā)明方法工藝流程短，易于操作，且操作過程中使用的設(shè)備均為工業(yè)通用設(shè)備，成本低，可推廣性強(qiáng)。
[0020]3、本發(fā)明方法經(jīng)濟(jì)效益高，具有良好的市場(chǎng)前景。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)施案例在以本發(fā)明技術(shù)為前提下進(jìn)行實(shí)施，現(xiàn)給出詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，來說明本發(fā)明具有創(chuàng)造性，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下的實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1 一種吹氣攪拌定向脫除鋁合金中氫氣的方法，包括如下步驟:
1)預(yù)處理:采用硅含量11%、余量為鋁的鋁合金為原料，在氬氣的氣氛下，加熱使?fàn)t內(nèi)的鋁合金原料熔化，得到鋁合金熔體；其中，控制熔煉爐內(nèi)壓力為常壓，溫度為700°