廣州市鑫煜鑄造設備材料制造有限公司 董事長
蘇州壓鑄協會 副理事長，北美壓鑄協會 會員
修毓平

     眾所周知，鋁液的凈化是實現壓鑄件高質量的基礎。隨著對壓鑄件的比強度，表面光潔度，斷裂韌性及疲勞強度等物理指標的要求越來越高，壓鑄工作者逐漸意識到凈化的重要性和必要性。所謂凈化的鋁液除成分合格外，應是不含有氣體，固態顆粒和溶融的鹽類。作者依據生產各種鋁合金處理熔劑（精煉劑，高，低溫打渣劑，除氣劑，覆蓋劑，強力爐壁清渣劑，降鐵凈化劑等）的研究與實踐，結合為壓鑄車間服務過程中所遇到的問題及處理心得，談一談對如何控制鋁合金液中固液態雜質的一些粗淺認識。
一．  固態雜質的種類
1）  原位生成的雜質：它是在鋁合金液中通過化學反應形成的。包括氧化物，氯化物和金屬間化合物。
A）氧化物——主要有Al2O3,MgO,SiO2,Fe3O4,Fe2O3,MgAl2O4等，在熔煉，合金化，鋁水轉包，運輸和攪動的情況下易生成。其存在形態為膜狀，團聚物，或彌散分布微粒。
   B）氯化物——主要有MgCl2，NaCl,CaCl2等。當鋁合金含一定量鎂時，氯元素很容易和鋁液中的鎂反應生成MgCl2。在一般鋁合金熔化溫度范圍內，常利用MgCl2的表面活性和與鋁液的不相融性來調整氧化物與鋁液的潤濕性，促進鋁液與渣的分離。但是過量的MgCl2則成為雜質，很難與鋁液分離，特別是當它與氧化物結合一起，分離就更加困難。因此MgCl2是我們非常不希望的原位生成雜質。同樣，鈉，鈣，鋰，鍶等也會與氯反應生成穩定的氯化物，這同樣是我們所不希望的。所幸由于他們在壓鑄鋁合金中濃度低，正常工藝條件下，只發現有少量此鹽類存在，一般不會影響鋁液質量。但是如果我們使用某些價位低廉的打渣劑和精煉劑，其中含有大量的NaCl鹽，當加入鋁液時，氯鹽很容易與氧化物結合，生成如MgCl2/NaCl/CaCl2/MgO的混合物。該類雜質混合體很難與鋁液分離，往往會殘留在鋁水和鑄件中。這無異于將有害雜質加入鋁液，其危害之大可想而知。作者走訪壓鑄廠時曾發現有的廠家因用了劣質打渣劑，造成鑄件出汗起斑，后改用正規熔劑后，問題迎刃而解。
   C）金屬間化合物——主要有TiAl3,ZrAl3,VAl3等。當爐溫低且鋁液中鈦，鋯，釩的殘余含量高時，有利于這些金屬間化合物的形成。
D）淤泥——涉及金屬液中金屬間化合物的產生和形成。該金屬化
合物含有重金屬鐵，錳和鉻。形成  Al(FeMnCr)Si 顆粒，它常常呈短而結實的多面體形狀。 淤泥的顆粒很硬，因此在機加工時成為硬質點，將刀具崩壞。當金屬被不斷重熔時，鐵，錳和鉻含量的不斷增加是不可避免的。因為它們都不可能從金屬液中被提煉出來。淤泥的形成取決于成分和溫度。如果溫度足夠低且鐵，錳，鉻的含量很高，淤泥幾乎在瞬間形成。在湯勺或料管內也會形成小的淤泥晶體。淤泥顆粒象其它夾渣一樣會妨礙金屬的平滑流動。不論是熔化爐還是保溫爐，一旦淤泥形成，由于密度大，會下降至爐子底部。攪動，傾倒鋁水等操作會攪動了這些沉積的淤泥，使翻起的顆粒隨金屬液進入澆包內，最后可能進入型腔中。
2）外來雜質：其來源是鋁合金原料中的有害成分，表面氧化層，耐火材料等。其形態為顆粒狀。鋁合金廢料的涂層，油漬，潤滑劑等在高溫下熱解即可能形成Al4C3等碳化物雜質。
二．固態雜質的控制方法
1）首先要控制熔煉溫度不宜過高。因為鋁合金液的氧化與擴散有關，溫度越高，擴散越快，故提高溫度將使氧化的速率加快。需要說明，我們平常所說的高溫熔煉，低溫澆鑄，不是熔煉溫度越高越好，而是相對于澆鑄溫度要達到一定的精煉溫度。根據不同牌號合金和不同熔煉工藝的要求，可選用相應的高溫打渣劑或低溫打渣劑處理。
2）避免火焰直接吹向液面。因為燃燒帶入的水蒸氣會促進鋁液的氧化，同時使液面被擾動，不斷翻出新的液面被氧化。因此要避免在液面上方安置噴嘴。采用輻射加熱，浸入式加熱，感應加熱，坩堝加熱要好于火焰直接加熱。
3）防止液面擾動。攪動液體將破壞液面的連續性和氧化物保護層，不僅促進了氧化物生成率，同時也使表面氧化膜進入鋁液中。
4）周期性的對爐子進行清理，包括爐底清淤，使熔煉和保溫爐的淤泥集聚最小。顯然，應避免爐料中含有不希望的鐵，錳和鉻。一旦淤泥形成，僅長時間保持高溫，可以使淤泥顆粒重新溶解。但這是危險的。因為這么長的時間和溫度將導致其它問題。使溶液吸氫和形成氧化物
5）在液面撒播適量的合金化顆粒，如鎂。鎂的低密度和低熔點可以在鋁合金液面形成富鎂熔區，并快速燃燒氧化，形成MgO細小顆粒分布在液面，不會沉淀，保持懸浮。從而保護鋁液不被氧化。
6）采用保護氣體。雖然鋁水氧化不可避免，但是用保護氣體可以降低氧化率。通常使用氮氣，氬氣和二氧化碳保護。六氟硫被用于高鎂鋁合金的熔煉保護。
三．融溶態雜質的種類
鋁合金液中的液態雜質主要是原位生成的氯鹽。氯鹽可以是固態，也可以是融溶態。一旦形成，要從鋁液中去除十分困難。氯元素與鋁在大約178ºC就可化合生成AlCl3,如果鋁液中沒有鎂，它就迅速從鋁液中氣化逸出。如果鋁液中含有大于0.2wt%的鎂，AlCl3就與鎂反應生成MgCl2,如果MgCl2進入鑄件，則是非常有害的雜質。同樣，存在于鋁液中的鈉，鈣，鋰和鍶也將與AlCl3反應生成相應的氯鹽。這些氯鹽在熔煉溫度下其純物質一般呈固態，當與氯化鎂形成共晶系后則形成液態混合物。要從鋁液中去除這些融溶的氯鹽混合物是非常艱難的挑戰。因為即使是用金屬過濾網也無法分開兩種不相融的液體。由于這種融溶態氯鹽密度低，粒度小，因此不會在鋁液中沉淀。當在打渣過程中使用以氯化鈉為基的鹽熔劑時，造成熔劑的化合反應和形成液相夾渣的碎片。要刮去這些物質非常困難。它們很容易和氧化物及渣結合。形成的集合物與鋁液的密度非常相近。
鋁液和后續壓鑄件中的夾渣有很多有害作用。
l       夾渣妨礙金屬流動。甚至會使充型不完整，特別是在薄斷面上。
l       夾渣對機械性能有負面影響，降低屈服強度和抗拉強度，延伸率和沖擊韌性。
l       許多夾渣很硬且削弱機加工性能。表面夾渣影響精加工如電鍍，噴漆，陽極處理等。
l       夾渣是氫氣孔成核的優先位置。在內表面與氫原子結合成為氫分子。成為金屬液中的固態夾渣。
四．融溶態雜質的控制方法
1）不要使用含大量氯化鈉的打渣劑，精煉劑，除氣劑和覆蓋劑，以防止鋁液出
現二次污染。理論研究和實際應用均表明，理想的鋁熔煉助劑成分中，一定
是只含有少量氯化鈉，可以促進雜質的上浮和聚集，而且耙出的爐渣為干粉
狀，含鋁量很低。
2）  控制鋁液過熱溫度盡可能地小。與融溶氯化物的反應溫度拉開距離。融溶氯化物的反應溫度高至718ºC-732ºC以上，從而可抑制其負面作用。
3）  控制爐料的化學成分。如果爐料中大量使用再生鋁錠和回爐廢料，而且采用含氯的化學物質凈化鋁液，就必需首先保證殘余的鈉，鈣，鉀，鋰的濃度在最低限度的經濟水平線內。同時要適當增加打渣，精煉劑的投放比例。
4）   
5）  在熔爐過橋處安置過濾網，在專用處理包內插入旋轉噴頭吹氣噴粉精煉，或在底部使用透氣塞吹氣精煉，都是凈化鋁水行之有效的先進工藝。