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壓鑄小知識

鋁合金壓鑄件中因氫氣產生氣孔

在鋁合金壓鑄生產中，大量來源于鋁和水蒸氣反應和金屬爐料或回爐料帶入的油污、有機物、鹽類熔劑等與鋁液反應生成的氫氣溶解于鋁合金液中，氫氣的溶解度在液態和固態鋁合金有相當大差異。鋁合金液在冷卻凝固過程中的某一時刻，氫的含量超過了其溶解度時即以氣泡的形式析出，來不及上浮排出的氫氣泡就在鑄件凝固過程中形成細小分散的氣孔，即平常我們所說的針孔。   

氫氣在液態鋁中的溶解度比在固態鋁中要高大約20倍。由于溶解度的不同，在凝固過程中，氫氣就傾向于從熔液中逸出，當氫氣壓力大于表面張力和液體靜壓力時，即形成氣泡，進而在鑄件或鑄錠中產生氣孔。

1 鋁液中的氫的來源

    鋁及其合金易與氣體相互作用，這主要是因為鋁是活潑金屬。氫是唯一能大量溶解于鋁熔體中的氣體。根據測定，存在于鋁合金中的氣體，氫占了85%以上，其余是氮氣、氧氣、一氧化碳等。因而鋁合金的“含氣量”可以視為“含氫量”。溶入鋁合金的氫并不來自爐氣中的極微量氫，因為大氣中氫的分壓很低，約為  5×MPa，遠比鋁熔體中的氫分壓低。根據熱力學原理，溶于鋁熔體中的氫是不穩定的，有強烈地自鋁熔體中向大氣擴散逸出的傾向。其次，研究結果表明，分子態的氫并不能直接溶入鋁液中，只有離解成原子態氫才能溶入鋁液中。這可以從在純凈氫氣氛中熔煉鋁液，鑄件中并不出現針孔的實驗中得到證明。可見，爐氣中的氫分子不是形成氣孔的根源。根據生產實踐和科學實驗證明，鋁液中的氫和氧化夾雜主要來源于鋁液與爐氣中水汽的反應。

2  鋁液中的夾雜

鋁液中的夾雜物除來自爐料外，還來自熔化、澆注過程中鋁與氧反應所生成的氧化物。另外還可能存在金屬碳化物、氮化物等非金屬夾雜和鐵、硅等金屬夾雜。但主要的夾雜還是，占夾雜含量的95%以上。鋁液表面有一層氧化膜，接近熔點時，不僅厚度增加，而且結構也發生變化，面向鋁液的一面是致密的，對鋁液有保護作用。但背向鋁液的一面則是疏松的，背部形成大量微小的孔，并被氫氣、空氣和水汽所充滿。如果將液膜攪入鋁液中，不僅使鋁液增加夾雜物，同時也增加氣體。鋁熔體中的金屬夾雜除了由原材料帶進的和由于洗爐不徹底、混料、電熱材料掉入等人為因素造成的以外，主要是由于鋁熔體和爐襯、工具、各種凈化劑、添加劑接觸的過程中產生各種化學反應而生成并混入的。

爐襯用的耐火材料通常是由各種氧化物的混合物組成的，當熔體與爐襯接觸時，如果這些氧化物的生成熱低于氧化鋁的生成熱，則爐襯將被分解，并析出比鋁密度低的金屬。

鋁液中含氫量與夾雜物保持一定的關系。在含氫量相同的條件下，夾雜物含量越高，氫氣從鋁液中越難逸出，鑄件形成氣孔就越多；相反，當鋁液中夾雜物的含量很低時，即使人為地向鋁液中通入氫氣，也會自動逸出，恢復原來的含氫量。鋁液中氣體與夾雜物之間存在著相互作用的關系：氣體存在于夾雜物中，夾雜物吸附氣體，排除夾雜物是排除氣體的基礎。

 

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