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1、铝合金化与精炼净化时的内在关系铝合金化与精炼净化时的内在关系李建国李建国 2024年年4月月24日于重庆日于重庆 主要内容主要内容1.1.背景背景2.2.合金化与精炼净化时的内在关系(以添加镁元素合金化为例)合金化与精炼净化时的内在关系(以添加镁元素合金化为例)3.3.结论结论一、一、PPTPPT背景背景一、一、PPTPPT背景背景-熔炼时熔炼时要回答与解决的主要要回答与解决的主要问题问题作为铝熔体,其作为铝熔体,其主要主要问题本质上都可归结为问题本质上都可归结为“四化四化”问题:问题:1.合金化合金化2.精炼净化精炼净化3.细化(预处理)细化(预处理)4.均匀化均匀化一、一、PPTPPT背景
2、背景-熔炼时熔炼时要回答与解决的主要要回答与解决的主要问题问题在以前多个会议上,已分别介绍与回答过关于合金化、在以前多个会议上,已分别介绍与回答过关于合金化、*精炼净化、细化、均匀化问精炼净化、细化、均匀化问题,但没有进一步介绍它们之间的内在关系。题,但没有进一步介绍它们之间的内在关系。(*注意精炼与净化的区别)注意精炼与净化的区别)1.合金化与合金化与精炼净化精炼净化的关系的关系()2.合金化与细化的关系合金化与细化的关系3.合金化与均匀化的关系合金化与均匀化的关系4.精炼净化精炼净化与细化的关系与细化的关系()5.精炼净化精炼净化与均匀化的关系与均匀化的关系()6.细化与均匀化的关系细化与
3、均匀化的关系7.合金化与合金化与精炼净化精炼净化及细化的关系及细化的关系()8.合金化与合金化与精炼净化精炼净化及均匀化的关系及均匀化的关系()9.精炼净化精炼净化与细化及均匀化的关系与细化及均匀化的关系()10.合金化与合金化与精炼净化、精炼净化、细化及均匀化的关系细化及均匀化的关系()二、二、合金化与精炼净化时的内在关系合金化与精炼净化时的内在关系(本(本PPTPPT仅介绍仅介绍合金化与炉内精炼的关系,暂不介绍合金化与炉外净化的内在关系)合金化与炉内精炼的关系,暂不介绍合金化与炉外净化的内在关系)二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系-合金化的主要内涵合金化的主要
4、内涵0.添加什么元素、添加多少元素合金化添加什么元素、添加多少元素合金化 (Fe、Si、Cu、Mg、Mn、Zn、Li、RE、Zr、Sc、)(合金元素的选择与添加量属于合金元素的选择与添加量属于“合金设计合金设计”的范畴,不在本的范畴,不在本PPTPPT范围内范围内)1.添加元素以什么状态加入添加元素以什么状态加入(纯金属(纯金属?金属熔剂金属熔剂?中间合金中间合金?)2.在什么时候加入在什么时候加入(如(如 Mg、Sr、Be)(如:精炼前加?精炼后加?)(如:精炼前加?精炼后加?)3.在什么地方加入在什么地方加入(如(如 Mg、)(如:在熔炼炉加?在保温炉加?)(如:在熔炼炉加?在保温炉加?)
5、4.如何加入如何加入(如(如 Mg、Sr、Be)二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系-精炼的主要内涵精炼的主要内涵精炼内容与目的:精炼内容与目的:1.除气(主要是除氢)除气(主要是除氢)2.除去不需要的元素(如除去不需要的元素(如 Na、Li、Ca、)3.除去各种夹杂物(二元的、除去各种夹杂物(二元的、三元的、多元的、特别复杂的夹杂物三元的、多元的、特别复杂的夹杂物)1.1.添加元素以什么状态加入?添加元素以什么状态加入?(纯金属(纯金属?金属熔剂金属熔剂?中间合金中间合金?)绝大部分情况下以纯镁锭加入绝大部分情况下以纯镁锭加入 少数情况下以铝少数情况下以铝-镁中间
6、合金加入镁中间合金加入二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例2.2.在什么时候加入?在什么时候加入?(例如:精炼前加?精炼后加?)(例如:精炼前加?精炼后加?)精炼前加镁:精炼前加镁:Al2O3+MgO=MgAl2O4(很难除掉的氧化物)(很难除掉的氧化物)Al2O3+Mg=MgAl2O3(一个需要深入研究的未知化合物一个需要深入研究的未知化合物)精炼后加镁:精炼后加镁:MgO(在铝熔体中比较容易浮游除掉)(在铝熔体中比较容易浮游除掉)在铝熔体中,在铝熔体中,Al2O3呈单片状(膜状)、松散团絮状、不连续颗粒呈单片状(膜状)
7、、松散团絮状、不连续颗粒状等很多形态分布,状等很多形态分布,MgO呈细小颗粒弥撒状等形态分布,呈细小颗粒弥撒状等形态分布,MgAl2O4呈各种形状分布。呈各种形状分布。精炼净化它们的难易程度相差很大。精炼净化它们的难易程度相差很大。二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例图图1 铝熔体中常见的几种铝熔体中常见的几种 Al2O3的分布状况的分布状况(a)厚氧化膜,()厚氧化膜,(b)薄氧化膜,薄氧化膜,(c)不连续氧化膜;不连续氧化膜;二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁
8、元素合金化为例(铝熔体中(铝熔体中 Al2O3的形貌远不止这三种)的形貌远不止这三种)二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例图图2 镁锭中常见的镁锭中常见的 MgO夹杂物夹杂物二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例图图3 含镁铝合金中常见的含镁铝合金中常见的 MgAl2O4夹杂物夹杂物块状或团状块状或团状薄膜状薄膜状分层片状分层片状3.3.在什么地方加入?在什么地方加入?例如:例如:在熔化炉里加在熔化炉里加 Mg 还是在保温炉里加还是在保温炉里加 Mg?即
9、使在熔化炉里将即使在熔化炉里将 Al2O3精炼干净,那么在倒炉后、在保温炉中还精炼干净,那么在倒炉后、在保温炉中还会新生很多氧化夹杂物,因此应该在保温精炼操作结束后再补充镁。会新生很多氧化夹杂物,因此应该在保温精炼操作结束后再补充镁。二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例(a)熔化炉精炼后)熔化炉精炼后*,(,(b)倒炉后,倒炉后,(c)保温炉精炼后保温炉精炼后*图图4 加镁以前铝熔体中加镁以前铝熔体中 Al2O3的变化情况的变化情况*遗憾的是,绝大部分精炼技术都不能做到图遗憾的是,绝大部分精炼技术都不能做到图6(a、c)水
10、平!)水平!二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例4.4.如何加入?如何加入?(加入方法也很重要)(加入方法也很重要)例如:如何加入例如:如何加入 Mg?即使在保温炉里将即使在保温炉里将 Al2O3 精炼干净后,那么如果加镁方法不当、精炼干净后,那么如果加镁方法不当、那么在保温炉中还会新生很多那么在保温炉中还会新生很多 MgAl2O4 夹杂物。夹杂物。二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例5.5.用一个具体例子用一个具体例子(31043104合金)合金)说
11、明说明 合金成分与原料构成情况如下:合金成分与原料构成情况如下:二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例合金元素合金元素MnMgCuFeSiAl成分成分31040.870.990.150.340.19余量余量原料原料1纯锰纯锰纯镁纯镁Al-50CuAl-15Fe工业硅工业硅高纯铝高纯铝原料原料2纯锰纯锰纯镁纯镁Al-50CuAl-15Fe工业硅工业硅工业纯铝工业纯铝熔炼路线熔炼路线1:熔化熔化4N高纯铝(夹杂物少)高纯铝(夹杂物少)添加添加Mn、Cu、Fe、Si精炼精炼添加镁添加镁熔炼路线熔炼路线2:熔化熔化2N工业纯铝(夹杂
12、物多)工业纯铝(夹杂物多)添加添加Mn、Cu、Fe、Si精炼精炼添加镁添加镁熔炼路线熔炼路线3 3:熔化熔化4N4N高纯铝(夹杂物少)高纯铝(夹杂物少)添加添加6 6微米厚微米厚A1235A1235成品铝箔(引入氧化铝夹成品铝箔(引入氧化铝夹杂物)杂物)添加镁添加镁添加添加MnMn、CuCu、FeFe、SiSi精炼精炼熔炼路线熔炼路线4:熔化熔化4N高纯铝(夹杂物少)高纯铝(夹杂物少)添加添加6微米厚微米厚A1235成品铝箔(引入氧化铝成品铝箔(引入氧化铝夹杂物)夹杂物)添加添加Mn、Cu、Fe、Si精炼精炼添加镁添加镁二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元
13、素合金化为例以添加镁元素合金化为例图图5(1)采用高纯铝为主要原料制备的)采用高纯铝为主要原料制备的3104铝合金的显微组织,铝合金的显微组织,此时此时MgAl2O4 夹杂物比较少,形貌为黑色膜状夹杂物比较少,形貌为黑色膜状熔炼路线熔炼路线 1二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例“1”点点EDS“2”点点EDS“3”点点EDS图图5(2)图图7(1)中各点能谱分析结果)中各点能谱分析结果二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例图图6(1)采用工业纯铝制备的
14、采用工业纯铝制备的3104铝合金的显微组织,铝合金的显微组织,此时此时MgAl2O4 夹杂物尺寸比较大,形貌为加厚的或分层的黑色膜状或片状夹杂物尺寸比较大,形貌为加厚的或分层的黑色膜状或片状熔炼路线熔炼路线 2二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例“1”点点EDS“2”点点EDS图图6(2)图图8(1)中各点能谱分析结果)中各点能谱分析结果二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例图图7 添加铝箔的添加铝箔的3104铝合金的微观组织(铝合金的微观组织(Mg与铝
15、箔同时加入)(高纯铝原料),与铝箔同时加入)(高纯铝原料),精炼精炼前前加镁,即使经过后续精炼,组织中仍然存在大量黑色膜状加镁,即使经过后续精炼,组织中仍然存在大量黑色膜状MgAl2O4熔炼路线熔炼路线 3二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例熔炼路线熔炼路线 4图图8 添加铝箔的添加铝箔的3104铝合金的微观组织(先加铝箔,再精炼,最后加入铝合金的微观组织(先加铝箔,再精炼,最后加入Mg),),精炼精炼后后加镁,组织中黑色膜状加镁,组织中黑色膜状MgAl2O4几乎消失(高纯铝原料)几乎消失(高纯铝原料)二、合金化与精炼净化
16、时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系以添加镁元素合金化为例以添加镁元素合金化为例二、合金化与精炼净化时的内在关系二、合金化与精炼净化时的内在关系其它元素合金化与净化时其它元素合金化与净化时其它主要合金化元素:其它主要合金化元素:1.Fe、Si、Cu、Mn、Zn;2.其它元素熔炼合金化时与精炼工艺之间存在着更为复杂的关系;其它元素熔炼合金化时与精炼工艺之间存在着更为复杂的关系;3.原则上是要防止形成各种原则上是要防止形成各种三元的、多元的、特别复杂的三元的、多元的、特别复杂的夹杂物,夹杂物,否则有的氧化夹杂物很难除掉。否则有的氧化夹杂物很难除掉。三、结论三、结论1.1.熔炼时铝的合金化与精炼净化之间是有密切的内在关系的;熔炼时铝的合金化与精炼净化之间是有密切的内在关系的;2.2.合金化与精炼净化操作的先后顺序是重要的质量影响因素;合金化与精炼净化操作的先后顺序是重要的质量影响因素;3.3.先精炼、后合金化、再精炼(有时须再精炼)是熔体质量的重要保障。先精炼、后合金化、再精炼(有时须再精炼)是熔体质量的重要保障。谢谢你的倾听!谢谢你的倾听!