鑄造鋁合金中氫氣的來(lái)源與析出

鋁合金鑄件中氣孔的產(chǎn)生，是由于鋁合金吸氣而形成的，但氣體分子狀態(tài)的氣體一般不能溶解于鑄造鋁合金液中，只有當(dāng)氣體分子分解為活性原子時(shí)，才有可能溶解。

鑄造鋁合金液中氣體能溶解的數(shù)量多少，不僅與分子是否容易分解為活性原子有關(guān)，還直接與氣體原子類(lèi)別有關(guān)。

在鑄造鋁合金熔煉過(guò)程中，通常接觸的爐氣有：氫氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫等，這些氣體主要是由燃料燃燒后產(chǎn)生的，而耐火材料、金屬爐料及熔劑、與氣體接觸的工具等也可以帶入一定量的氣體，如新砌的爐襯、爐子的耐火材料、坩堝等，通常需要使用幾天或幾周的時(shí)間，其化學(xué)結(jié)合的氫才能充分從粘結(jié)劑中釋放出來(lái)。

鋁合金鑄造過(guò)程中，爐氣成分是由燃料種類(lèi)以及空氣量來(lái)決定的。普通焦炭坩堝爐，爐氣成分主要為二氧化碳、二氧化硫和氮?dú)?；煤氣、重油坩堝爐主要為水蒸氣、氮?dú)?；而?duì)目前大多數(shù)熔煉廠(chǎng)家使用的電爐熔煉來(lái)說(shuō)，爐氣成分主要是氫氣。因此，采用不同的熔煉爐熔煉時(shí)，鑄造鋁合金的吸氣量和產(chǎn)生氣孔的程度是不同的。

根據(jù)青島景順誠(chéng)鑄鋁廠(chǎng)在鋁合金鑄造生產(chǎn)實(shí)踐證明，氫是唯一能大量溶解于鑄造鋁合金中的氣體，是導(dǎo)致鋁合金形成氣孔的主要原因，是鑄造鋁合金中最有害的氣體，也是鋁合金中溶解度最大的氣體。在鋁鑄件凝固過(guò)程中由于氫的析出而產(chǎn)生的孔隙，不僅減少了鑄件的實(shí)際截面積而且是裂紋源。

惰性氣體是不能溶于鑄造鋁合金中的，其他氣體一般與鋁或鋁合金反應(yīng)形成鋁的化合物，如Al2O3、AlCl3、AlN、Al4C3等等。氫在液態(tài)鋁或鋁合金中的溶液解度很大，而幾乎不溶解于固態(tài)鋁(在室溫條件下，其溶解度約在0.003﹪以下)。

在鑄造鋁合金熔煉時(shí)，周?chē)諝庵械臍錃夂坎⒉欢?，氫的最通常的?lái)源是鋁和水蒸氣的反應(yīng)，而水蒸氣主要來(lái)源于爐氣中的水分、設(shè)備及工具吸附的水分、一些材料的結(jié)晶水與鋁銹Al(OH)2分解出來(lái)的水分等，其反應(yīng)式如下：3H2O(水蒸氣)+2Al=Al2O3+6[H](1)含鎂鋁合金由于還發(fā)生下列反應(yīng)，更容易吸收氫：H2O(水蒸氣)+Mg=MgO+2[H](2)。

另外，鑄造鋁合金的回爐料帶入的油污、有機(jī)物、鹽類(lèi)熔劑等與鋁液反應(yīng)也能生成氫：4mAl+3CmHn=mAl4C3+3n[H](3)　

鎂、鈉、鋰可以改變鋁的表面的氧化膜，使活性氫原子容易進(jìn)入;金屬氟和鈹則能在鋁的表面形成更致密的氧化膜，降低氫向鋁液或鑄造鋁合金中擴(kuò)散的速度，對(duì)鋁合金起到保護(hù)作用。形成氫化物的元素，如鈣、鈦、鋰、銫等金屬均能強(qiáng)烈地?cái)U(kuò)大氫在鋁液中的溶解度。

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