鋁熔體熔劑凈化工藝的優(yōu)化及細化相粒子分布形態(tài)分析

鋁熔體熔劑凈化工藝的優(yōu)化及細化相粒子分布形態(tài)分析

中間合金精細劑的內(nèi)部黃金品質(zhì)是充分發(fā)揮其精細作用的先決條件。為了使中間羥基精細劑達到理想的精細效果，應(yīng)確保精細劑具有理想的精細顆粒的分布形式，并具有干凈的內(nèi)部組織。然而，關(guān)于中間羥基凈化的報道很少。在這項研究中，我們討論了新型精細材料ltiben中部橫截面的制備以及儲存材料的詳細過程，并取得了良好的效果。同時，在鋁熔精處理的研究和高性能鋁熔精處理的新技術(shù)的得到了有效提高。在本文中，我們討論了高效榮洗粉技術(shù)應(yīng)用于設(shè)定中間羥基氧化物的精煉和凈化，并根據(jù)設(shè)定中間羥基氧化物的特點選擇合適的精煉和處理方法，從而有效凈化貝爾中間羥基的熔合，并獲得相對純凈的精細活性劑。1中間合金金相組織的表征試驗采用的中間合金是根據(jù)以排雜為主的鋁液凈化原則進行設(shè)計的,配制了兩種代號分別為XHJ1和XHJ2熔劑(主要組成為:NaCl、KCl、氟化物、碳酸鹽、硫酸鹽等,兩種熔劑的主要差別在于氟化物種類和比例不同,且XHJ1熔劑中含有稀土化合物)對Al5Ti1B0.5RE中間合金細化劑進行凈化處理,并與未凈化的細化劑進行比較.在功率為3kW、8#石墨坩堝電阻爐中進行細化劑的熔煉,制備工藝按前期研究的優(yōu)化組合進行,待中間合金熔體表面的夾渣扒凈后,將凈化熔劑壓入鋁液內(nèi)部水平攪動,使熔劑均勻分布在鋁液內(nèi),靜置10min后扒渣并澆鑄.中間合金細化劑的夾雜物含量(以下簡稱含雜量)采用熔劑沖洗法進行測定.中間合金金相試樣用0.5%的HF酸腐蝕,在XJG-05型光學(xué)顯微鏡上進行組織觀察,并用TCL圖像分析系統(tǒng)進行細化相粒子尺寸及晶粒尺寸的測定(定量金相法),用XL30EESEM-TMP掃描電鏡進行微觀組織觀察及細化相的能譜成分分析.2結(jié)果2.1聚集成分配成巖物質(zhì)表1為不同排雜凈化熔劑對Al5Ti1B0.5RE細化劑的凈化效果.由表1可知,經(jīng)XHJ1和XHJ2熔劑凈化后中間合金的含雜量得到明顯降低,其中經(jīng)XHJ1熔劑處理后除雜率達82.4%,經(jīng)XHJ2熔劑處理后除雜率為58.9%,即XHJ1熔劑的除雜效果明顯優(yōu)于XHJ2熔劑.圖1為不同熔劑處理后中間合金的夾雜物形貌(圖中箭頭所指的A點為夾雜物).由圖1知,未處理時夾雜呈粗大塊狀,且聚集成團,在暗場下可觀察到聚集成團的透明亮黃色夾雜,說明這些物質(zhì)主要是Al2O3夾雜物.經(jīng)XHJ2熔劑處理后,夾雜物尺寸較小,分布不均勻,仍可看到聚集成團的塊狀夾雜物存在;經(jīng)XHJ1熔劑處理后,夾雜物數(shù)量明顯減少且細小、分布較均勻.這表明XHJ1熔劑比XHJ2熔劑具有更強的排雜凈化能力.圖2為未凈化的Al5Ti1B0.5RE中間合金的SEM圖及能譜分析圖.從圖2中的A點和能譜分析圖看出,白色呈彌散分布的質(zhì)點為Al2O3,即未凈化的中間合金中存在較多的氧化夾雜物.細化處理時,若使用此中間合金,會導(dǎo)致鋁液的二次污染,使鋁液的冶金缺陷增多或使鋁液的細化效果不理想.從圖2中的B點和能譜分析圖看出,細化相TiAl3中含有Fe、Si等雜質(zhì),可見TiAl3與富Fe(Si)第二相混雜生長,由于TiAl3在起細化作用時是依據(jù)對應(yīng)、晶格相似原則,在TiAl3附近形成的富Fe(Si)第二相,阻礙了其成為形核質(zhì)點,影響了TiAl3成為細化相粒子的細化效率.圖3為凈化后的Al5Ti1B0.5RE中間合金的SEM圖及能譜分析圖.從圖3中的A點的能譜分析看出,經(jīng)凈化后細化相TiAl3中未見Fe、Si等雜質(zhì),含氧量也明顯降低,由29.91%降至2.21%.B點中未見Fe、Si、O,與圖1的結(jié)果相吻合.由此可見,經(jīng)凈化后細化劑的純凈度得到明顯的提高.2.2熔劑加入量對al5ti1b0.5re中間合金中產(chǎn)品形態(tài)的影響實驗表明XHJ1熔劑的凈化效果較好,故選擇XHJ1熔劑進行熔劑加入量的影響實驗,結(jié)果見表2.從表2看出,不同的XHJ1熔劑加入量,合金中的含雜量有一定程度的差別.熔劑加入量為1%時,含雜量已有明顯的降低,除雜率達70%;當(dāng)加入量為2%時,除雜效果最顯著,除雜率達82.4.%;當(dāng)加入量為4%時,除雜率有所降低(80.8%).可見加入量過多時,由于熔劑中加入少量的發(fā)熱劑,會使發(fā)熱量過多,易造成鋁液氧化,污染鋁液,使得渣與鋁較易粘結(jié)在一起,澆注時易造成熔劑夾雜等,反而減弱了凈化效果.圖4為XHJ1凈化熔劑加入量對Al5Ti1B0.5RE中間合金中夾雜物形態(tài)的影響.由圖4及圖1(c)、圖1(d)可進一步看出,熔劑加入量為1%時,夾雜物的數(shù)量和尺寸比未凈化時明顯減小;當(dāng)加入量為2%時,夾雜的數(shù)量少且尺寸更為細小,并呈彌散分布;當(dāng)加入量為4%時,夾雜物的數(shù)量又有所增多,但仍較細小彌散.2.3處理溫度的影響以上結(jié)果表明,XHJ1熔劑加入量為2%時凈化效果顯著.為此均采用加入2%XHJ1熔劑考察處理溫度對細化劑凈化效果的影響,結(jié)果見表3.從表3看出,處理溫度由720℃提高到750℃時,含雜量明顯降低,除雜率由65.2%提高到82.4%;當(dāng)處理溫度提高到780℃時,含雜量有所增加,除雜率降至71.6%.可見,當(dāng)處理溫度為750℃時,除雜效果最好.這是由于處理溫度高時,鋁液較易氧化吸氣,并會促進熔劑中發(fā)熱劑的反應(yīng),造成鋁液的局部過熱,加劇了鋁液的氧化、吸氣,降低了凈化效果;但若處理溫度偏低,鋁液和液態(tài)熔劑的粘度較大,夾雜物向熔劑擴散遷移的速度就不高,熔劑的排雜作用就不能得到充分發(fā)揮,凈化效果不顯著.圖5為熔劑處理溫度對細化劑中夾雜物形態(tài)的影響.由圖5及圖1(c)、圖1(d)看出,處理溫度為720℃時,夾雜物的數(shù)量較多,尺寸也稍大;當(dāng)處理溫度提高到750℃時,夾雜物的數(shù)量明顯減少,尺寸減小,分布均勻彌散;當(dāng)處理溫度提高到780℃時,夾雜物的數(shù)量又有所增多,較750℃時多,但分布仍較均勻彌散.3分析與討論3.1熔劑排雜劑的作用原理試驗表明,采用在750℃、2%的XHJ1熔劑加入量處理的中間合金細化劑的含雜量低,夾雜物數(shù)量也少,除雜率最高,顯著提高了細化劑的純凈度.XHJ1熔劑是以排雜為主要目的設(shè)計的,熔劑中各組元比例較恰當(dāng),使熔劑與鋁液的界面張力較大,潤濕角提高,有利于排雜熱力學(xué)和動力學(xué)條件的改善;此外XHJ1熔劑中的氟化物,由于其吸附能力強,能占有氧化劑(水氣和氧)在氧化膜的活化中心,并在氧化膜表面形成氟化絡(luò)合物(AlO2F2)而被吸附在膜上,堵塞了氧化劑通向液膜表面的通路,且使(γ-Al2O3)轉(zhuǎn)變?yōu)?α-Al2O3)的速率加快,從而使得界面處穩(wěn)定的金屬液膜層易于破裂,促使夾雜遷移至界面的過程加速進行,使氧化膜更易于進入熔劑層中,并隨熔劑排出鋁液.此外XHJ1熔劑還含有能產(chǎn)生還原性氣體的組元,使?fàn)t氣中的氧分壓減小,削弱了鋁的氧化程度.XHJ1熔劑中的RE由于稀土元素與氫的電負性有較大的差值,熱力學(xué)角度上稀土元素可在熔煉溫度下與氫形成穩(wěn)定的氫化物,同時氫化反應(yīng)是放熱反應(yīng),隨著溫度的下降,這種氫化物越來越穩(wěn)定,起到固氫的作用,從而有利于鋁熔體的凈化.稀土還可以降低鋁液表面張力,有助于與氣雜的充分接觸而提高捕捉氣雜的效率,使得鋁液的純凈度顯著提高.由于鋁液的粘度降低,流動性提高,細化相粒子能均勻彌散地分布在鋁熔體中,進一步提高了細化劑的內(nèi)在冶金質(zhì)量.因此XHJ1熔劑有著更好的排雜凈化能力.合適的處理溫度和加入量有利于進一步改善熔劑排雜動力學(xué)條件.處理溫度對凈化效果影響顯著,處理溫度過高,氫的溶解度隨著溫度的升高而增加,會加劇合金中各組元的氧化燒損;處理溫度過低,又不利于熔劑排雜作用的發(fā)揮.從與鋁液的分離性和熱力學(xué)角度看,氟化物的加入量不宜過多,以免鋁液與熔劑的表面張力σM-F降低過多,影響熔劑排雜熱力學(xué)條件的改善;同時由于熔劑中還含有發(fā)熱劑,熔劑加入量過少,也不利于夾雜向熔劑中的遷移.3.2表面織構(gòu)及組織圖6為未凈化的Al5Ti1B0.5RE中間合金的微觀組織形貌,圖7為經(jīng)XHJ1熔劑凈化的Al5Ti1B0.5RE中間合金的微觀組織形貌.從圖6可知,未凈化的Al5Ti1B0.5RE中間合金的細化相粒子較稀疏,TiAl3相多呈長條狀,以及小部分的塊狀,TiB2相粒子較為粗大,存在聚集現(xiàn)象.由圖7可見,經(jīng)凈化處理后的Al5Ti1B0.5RE中間合金中TiAl3相分布較均勻、多呈小塊狀,TiB2相粒子無聚集成團,呈疏松狀,較均勻分布,且凈化后中間合金中TiAl3相周圍未見雜質(zhì)存在.經(jīng)定量金相分析,未凈化時塊狀TiAl3的平均尺寸為32.49μm,TiB2相的平均尺寸為5.16μm.經(jīng)XHJ1熔劑凈化后,細小塊狀TiAl3的平均尺寸為11.16μm,與未凈化的相比減少了74.7%,TiB2相的平均尺寸為3.28μm,與未凈化的相比減少了36.4%.試驗結(jié)果表明,凈化對中間合金細化劑中細化相粒子TiAl3和TiB2的分布形態(tài)、尺寸大小有明顯的影響.這是由于中間合金熔體經(jīng)有效排雜凈化后,含雜量明顯減少,且夾雜物數(shù)量很少(除雜率達82.4%),尺寸也變細小且呈較均勻彌散分布.圖8為在不同爐次下經(jīng)XHJ1熔劑凈化的Al5Ti1B0.5RE中間合金的微觀組織形貌,可進一步看出凈化后細化相粒子TiAl3和TiB2的分布形態(tài)、尺寸大小等與圖7結(jié)果相近.鋁液純凈度的提高,使得熔體中各團簇的空穴濃度增加,從而導(dǎo)致原子團簇的收縮,鋁熔體的粘度減小.鋁熔體粘度的降低使鋁熔體中各原子之間的摩擦力減少,加快了原子運動速度,導(dǎo)致熔體的流動性增強,粘滯性降低,因此細化相粒子TiAl3、TiB2在鋁熔體中擴散的摩擦力較小,易于分散均勻.同時,夾雜物的減少,使大團簇在鋁熔體中的阻礙作用減少.熔體中的團簇較小,團簇的半徑較小,因此流團間的摩擦力較少.凈化后鋁熔體的純凈度提高,減少了各種粒子相互碰撞成團機會,也減少了夾雜物對TiAl3、TiB2在鋁熔體中運動的阻礙,使得細化相粒子TiAl3、TiB2在鋁熔體中的擴散速度提高,能更快、更均勻地分布在中間合金的熔體中.因此中間合金凝固后,這些細化相粒子就呈現(xiàn)出細小、均勻的分布狀態(tài).4熔劑凈化效果1)XHJ1熔劑具有明顯的凈化效果,Al5Ti1B0.5RE中間合金細化劑經(jīng)XHJ1熔劑凈化處理后,與未凈化的相比,除雜率達82.4%.加入2%的XHJ1凈化熔劑,處理溫度750℃,經(jīng)此工藝處理的細化劑含雜量最少,夾雜物數(shù)量最少且尺寸細小、呈較均勻彌散分布.2)有效的熔劑凈化處理進一步改善了Al5Ti1B0.5RE中間合金細化相粒子的分布形態(tài).經(jīng)XHJ1熔劑凈化后的中間合金細化相粒子TiAl3分布更為均勻且