对铝合金熔炼阻燃方法及炉渣处理方法的探究(一)

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摘 要：铝合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烧。熔剂保护和气体保护是目前国内外应用最为广泛的铝合金阻燃方法，但同时带来了环境污染等问题。因此，人们希望通过合金化的方法达到阻燃的目的，并且已经取得了进展。正确的处理铝炉渣，回收渣中的铝来降低熔损具有重要的意义。?
　　关键词：铝合金；阻燃；炉渣；方法
　　
　　铝合金具有比重小、比强度和比刚度高、阻尼性能好、切削加工性能好等优点。过去铝合金主要应用在航空航天领域，随着汽车、电子工业的迅猛发展，铝合金正在得到更加广泛的应用，预计铝合金将成为21世纪的重要轻质高强度材料。但是一些阻碍铝合金大规模应用的关键技术还没有解决，铝合金在铸造、锻压和热处理过程中发生的氧化燃烧就是其中之一。多年来人们一直致力于寻找阻止铝合金在熔炼过程中氧化燃烧的方法。
　　
　　1 合金化阻燃?
　　
　　添加合金元素到铝合金中，在熔炼过程中形成象Al2O3那样致密的氧化膜，便可阻止铝的氧化。通常添加元素与氧的亲和力要求大于铝与氧的亲和力（一般可用元素氧化物的生成热大致表示亲和力的大小）；还要求致密度系数α值大于1，但也不尽如此，如钙的α值只有0.69，但在铝合金中添加一定量的钙，阻燃性能却提高很多。?
　　很早以前，人们就知道在铝合金中添加钙、铍等元素可以提高铝合金的阻燃性能，但由于受到添加量的限制，长期以来只是做为提高抗氧化性的辅助措施，然而最近的研究取得了新的进展。①钙：日本较早有专利报道铝合金中添加钙可以阻燃；英国人哈德的研究表明钙可以增强液态铝的抗氧化性能。日本九州工业研究院的秋山茂等人研究发现，当纯铝中添加的钙含量达到5%时，出现第一个氧化燃烧点时的温度比纯铝的提高约250℃，而且只要不发生机械破坏，燃烧点就难以产生；且证实在铝钙二元合金的表面生成了一层致密的氧化膜，其主要成分是氧化钙。但是由于添加大量钙会严重恶化铝合金的机械性能，使这一方法无法应用于生产实践。②铍：铍与氧的亲和力大于铝与氧的亲和力，而且氧化铍的α值大于1，十分致密，可以阻止铝合金进一步氧化。但是铍含量过高时，会引起晶粒粗化和增大热裂倾向，因此一般铝合金的含铍量限定在0.02%以内。最近的研究表明，如果铍增加到一定程度，可以极大地提高铝合金的阻燃性能。与此同时采取其它措施，不仅可以将晶粒降低到原来的尺寸，提高合金的机械性能，而且这种合金还具有比原合金更好的流动性和抗热裂性能。消除了过量铍元素带来的负作用，形成了具有阻燃性能的新型铝合金，但是这一合金应用到实际生产中还有很多问题待解决。在以后的热处理和机加工过程中也会减少铝燃烧着火的危险，同时对环境也不会产生严重污染，因此有极大的应用前景。
　　
　　2 金阻燃的方法
　　
　　2.1 熔剂保护法?
　　熔剂保护法是利用低熔点的无机化合物在较低的温度下熔化成为液态，在铝合金液面铺开，阻止铝液与空气接触，从而起到保护作用。覆盖剂一般要满足以下要求：熔点比铝合金的低，密度比铝合金的小，较小的粘度，不含有对金属液质量有害的杂质及夹杂物。?
　　根据以上要求，同时考虑熔剂的氧化亲和性应比铝合金的更强，一般选择碱金属和碱土金属的氟化盐和氯化盐，其中也包括氧化铝和惰性氧化物。
　　2.2 熔剂阻燃的缺点?
　　虽然熔剂阻燃法简便易行，且保护效果好，但是存在以下缺点：?
　　（1）熔剂的主要成分是卤族盐，在使用过程中产生大量有刺激性气味的气体（如 HCl、Cl2），给环境造成危害。?
　　（2）在浇铸过程中熔剂易混入铸件，产生熔剂夹杂，损害合金的机械性能和耐腐蚀性能。?
　　（3）当合金中含有稀土元素时，熔剂与稀土元素发生反应降低了稀土添加剂的实收率。鉴于以上原因，熔剂保护法的应用在国外已经大大减少。