氢元素对铝合金的影响研究.pdf

氢元素对铝合金的影响研究 宁刚 王创 李国旭 陈飞峰 谢昊坤 朱明超 （材料与冶金学院 2014-3） 摘要 本文讨论了铝和铝合金熔体中氢的来源及对制品的危害性， 氢含量的测定 方法以及如何去除合金中的氢元素。 金属中含有氢气对金属材料的组织性能危害 较大 , 所以要及时了解铝及铝合金在熔炼和静止过程中引起氢含量变化的各种因 素 , 给采取适当的除气措施提供依据 , 从而控制熔体中的氢含量 , 改善合金的性 能。 关键词 铝合金 氢元素 轻金属 材料 一 概述 随着国民经济的发展和国防建设及宇宙空间探索的需要， 日益需求高强、 高 韧、耐磨、耐腐蚀等高性能的铝合金，以应用于高速列车、喷气飞机、火箭、导 弹、宇宙飞船、 舰艇、快艇等机身和部件。 电子工业的高、 低压容器， 精密仪表， 记忆磁盘的支撑结构等部件也需要优质铝合金 [1] 。 我国铝合金生产企业数具世界之首位， 但主要应用于建设工业及民用电器的 外壳。优质铝材和铝板多依赖进口，消费了巨额外汇且受制于人。 二 氢的来源和对铝合金的危害 铝和铝合金中氢的来源主要有以下几个途径： (1) 未经充分干燥的铝锭，精炼剂，覆盖剂，变质剂，炉衬，坩埚，未充分 脱水的气体，工具上的涂料，流槽覆盖的耐火棉等，这些来源的水将与铝液按 2Al(1)+3H2O=A12O3(s)+6[H]AL 形式反应生成原子态氢溶于铝液； (2) 炉料和浮渣的含水物质及氢氧化物， 如 A12O3 ·H2 O，A12O3 ·3H2O及 Al(OH) 3 等，在加热时产生的水和燃料燃烧时生成的水分，也将如上反应生成氢； (3) 车间空气中的水分 ( 尤其空气湿度大的地区 ) ，地面上的水，将使铝液浇 铸或熔铸成板材、带材时产生氢 [2] 。 氢在铝中的溶解度随着温度的升高而加大，当液态铝和固态铝平衡共存时， 氢在固态铝中的溶解度要比同温度下液态铝中的溶解度小近二十倍， 因此当液态 铝和铝合金凝固时析出的氢来不及扩散、迅速逸出，从而使铸件生成大量气眼， 气孔等缺陷， 而在铸件压延加工过程中形成线带， 使成品和板材组织疏松， 降低 了气密性并使强度和韧性降低，造成严重后果和隐患 [3] 。 三 氢元素的测量 含气量的测定有许多方法，可根据测定目的分别采用。各种测定方法的测 定原理、测定精度、测定对象、测定时间、恶劣环境的适应性和经济性等都有 差别。下面对常用于炉前分析的主要测定方法进行简要介绍。 常压凝固检验法 合金在常压下凝固，根据试样液面特征和断口状态判断含气量。 (1) 液面观察法，在常压下，随着铝液温度降低，气体在合金中的溶解度下 降并在凝固过程中析出， 会在合金液面冒出许多小气泡。 因此，可在炉前浇注试 样，根据合金液面是否冒泡或冒泡多少来大致判断铝合金中的相对含气量， 试样 铸型采用干型、耐火砖、石墨型或金属型均可，使用前充分预热以去除水分，避 免合金液吸气。 合金精炼处理后即可浇注试样， 轻轻刮去试样液表面浮渣和氧化 皮，露出光亮液面后观察试样表面在凝固过程中的变化。 当铝液中的含气量较多 时，用肉眼可见有细小气泡冒出，向细小白点，而且越接近凝固温度气泡越多。 采用于砂型浇注试样时，如果没有小气泡冒出，即可认为精炼合格。 (2) 断口分析法， 采用砂型浇注