铝熔体熔剂净化工艺的优化及细化相粒子分布形态分析

铝熔体熔剂净化工艺的优化及细化相粒子分布形态分析

中间合金精细剂的内部黄金品质是充分发挥其精细作用的先决条件。为了使中间羟基精细剂达到理想的精细效果，应确保精细剂具有理想的精细颗粒的分布形式，并具有干净的内部组织。然而，关于中间羟基净化的报道很少。在这项研究中，我们讨论了新型精细材料ltiben中部横截面的制备以及储存材料的详细过程，并取得了良好的效果。同时，在铝熔精处理的研究和高性能铝熔精处理的新技术的得到了有效提高。在本文中，我们讨论了高效荣洗粉技术应用于设定中间羟基氧化物的精炼和净化，并根据设定中间羟基氧化物的特点选择合适的精炼和处理方法，从而有效净化贝尔中间羟基的熔合，并获得相对纯净的精细活性剂。1中间合金金相组织的表征试验采用的中间合金是根据以排杂为主的铝液净化原则进行设计的,配制了两种代号分别为XHJ1和XHJ2熔剂(主要组成为:NaCl、KCl、氟化物、碳酸盐、硫酸盐等,两种熔剂的主要差别在于氟化物种类和比例不同,且XHJ1熔剂中含有稀土化合物)对Al5Ti1B0.5RE中间合金细化剂进行净化处理,并与未净化的细化剂进行比较.在功率为3kW、8#石墨坩埚电阻炉中进行细化剂的熔炼,制备工艺按前期研究的优化组合进行,待中间合金熔体表面的夹渣扒净后,将净化熔剂压入铝液内部水平搅动,使熔剂均匀分布在铝液内,静置10min后扒渣并浇铸.中间合金细化剂的夹杂物含量(以下简称含杂量)采用熔剂冲洗法进行测定.中间合金金相试样用0.5%的HF酸腐蚀,在XJG-05型光学显微镜上进行组织观察,并用TCL图像分析系统进行细化相粒子尺寸及晶粒尺寸的测定(定量金相法),用XL30EESEM-TMP扫描电镜进行微观组织观察及细化相的能谱成分分析.2结果2.1聚集成分配成岩物质表1为不同排杂净化熔剂对Al5Ti1B0.5RE细化剂的净化效果.由表1可知,经XHJ1和XHJ2熔剂净化后中间合金的含杂量得到明显降低,其中经XHJ1熔剂处理后除杂率达82.4%,经XHJ2熔剂处理后除杂率为58.9%,即XHJ1熔剂的除杂效果明显优于XHJ2熔剂.图1为不同熔剂处理后中间合金的夹杂物形貌(图中箭头所指的A点为夹杂物).由图1知,未处理时夹杂呈粗大块状,且聚集成团,在暗场下可观察到聚集成团的透明亮黄色夹杂,说明这些物质主要是Al2O3夹杂物.经XHJ2熔剂处理后,夹杂物尺寸较小,分布不均匀,仍可看到聚集成团的块状夹杂物存在;经XHJ1熔剂处理后,夹杂物数量明显减少且细小、分布较均匀.这表明XHJ1熔剂比XHJ2熔剂具有更强的排杂净化能力.图2为未净化的Al5Ti1B0.5RE中间合金的SEM图及能谱分析图.从图2中的A点和能谱分析图看出,白色呈弥散分布的质点为Al2O3,即未净化的中间合金中存在较多的氧化夹杂物.细化处理时,若使用此中间合金,会导致铝液的二次污染,使铝液的冶金缺陷增多或使铝液的细化效果不理想.从图2中的B点和能谱分析图看出,细化相TiAl3中含有Fe、Si等杂质,可见TiAl3与富Fe(Si)第二相混杂生长,由于TiAl3在起细化作用时是依据对应、晶格相似原则,在TiAl3附近形成的富Fe(Si)第二相,阻碍了其成为形核质点,影响了TiAl3成为细化相粒子的细化效率.图3为净化后的Al5Ti1B0.5RE中间合金的SEM图及能谱分析图.从图3中的A点的能谱分析看出,经净化后细化相TiAl3中未见Fe、Si等杂质,含氧量也明显降低,由29.91%降至2.21%.B点中未见Fe、Si、O,与图1的结果相吻合.由此可见,经净化后细化剂的纯净度得到明显的提高.2.2熔剂加入量对al5ti1b0.5re中间合金中产品形态的影响实验表明XHJ1熔剂的净化效果较好,故选择XHJ1熔剂进行熔剂加入量的影响实验,结果见表2.从表2看出,不同的XHJ1熔剂加入量,合金中的含杂量有一定程度的差别.熔剂加入量为1%时,含杂量已有明显的降低,除杂率达70%;当加入量为2%时,除杂效果最显著,除杂率达82.4.%;当加入量为4%时,除杂率有所降低(80.8%).可见加入量过多时,由于熔剂中加入少量的发热剂,会使发热量过多,易造成铝液氧化,污染铝液,使得渣与铝较易粘结在一起,浇注时易造成熔剂夹杂等,反而减弱了净化效果.图4为XHJ1净化熔剂加入量对Al5Ti1B0.5RE中间合金中夹杂物形态的影响.由图4及图1(c)、图1(d)可进一步看出,熔剂加入量为1%时,夹杂物的数量和尺寸比未净化时明显减小;当加入量为2%时,夹杂的数量少且尺寸更为细小,并呈弥散分布;当加入量为4%时,夹杂物的数量又有所增多,但仍较细小弥散.2.3处理温度的影响以上结果表明,XHJ1熔剂加入量为2%时净化效果显著.为此均采用加入2%XHJ1熔剂考察处理温度对细化剂净化效果的影响,结果见表3.从表3看出,处理温度由720℃提高到750℃时,含杂量明显降低,除杂率由65.2%提高到82.4%;当处理温度提高到780℃时,含杂量有所增加,除杂率降至71.6%.可见,当处理温度为750℃时,除杂效果最好.这是由于处理温度高时,铝液较易氧化吸气,并会促进熔剂中发热剂的反应,造成铝液的局部过热,加剧了铝液的氧化、吸气,降低了净化效果;但若处理温度偏低,铝液和液态熔剂的粘度较大,夹杂物向熔剂扩散迁移的速度就不高,熔剂的排杂作用就不能得到充分发挥,净化效果不显著.图5为熔剂处理温度对细化剂中夹杂物形态的影响.由图5及图1(c)、图1(d)看出,处理温度为720℃时,夹杂物的数量较多,尺寸也稍大;当处理温度提高到750℃时,夹杂物的数量明显减少,尺寸减小,分布均匀弥散;当处理温度提高到780℃时,夹杂物的数量又有所增多,较750℃时多,但分布仍较均匀弥散.3分析与讨论3.1熔剂排杂剂的作用原理试验表明,采用在750℃、2%的XHJ1熔剂加入量处理的中间合金细化剂的含杂量低,夹杂物数量也少,除杂率最高,显著提高了细化剂的纯净度.XHJ1熔剂是以排杂为主要目的设计的,熔剂中各组元比例较恰当,使熔剂与铝液的界面张力较大,润湿角提高,有利于排杂热力学和动力学条件的改善;此外XHJ1熔剂中的氟化物,由于其吸附能力强,能占有氧化剂(水气和氧)在氧化膜的活化中心,并在氧化膜表面形成氟化络合物(AlO2F2)而被吸附在膜上,堵塞了氧化剂通向液膜表面的通路,且使(γ-Al2O3)转变为(α-Al2O3)的速率加快,从而使得界面处稳定的金属液膜层易于破裂,促使夹杂迁移至界面的过程加速进行,使氧化膜更易于进入熔剂层中,并随熔剂排出铝液.此外XHJ1熔剂还含有能产生还原性气体的组元,使炉气中的氧分压减小,削弱了铝的氧化程度.XHJ1熔剂中的RE由于稀土元素与氢的电负性有较大的差值,热力学角度上稀土元素可在熔炼温度下与氢形成稳定的氢化物,同时氢化反应是放热反应,随着温度的下降,这种氢化物越来越稳定,起到固氢的作用,从而有利于铝熔体的净化.稀土还可以降低铝液表面张力,有助于与气杂的充分接触而提高捕捉气杂的效率,使得铝液的纯净度显著提高.由于铝液的粘度降低,流动性提高,细化相粒子能均匀弥散地分布在铝熔体中,进一步提高了细化剂的内在冶金质量.因此XHJ1熔剂有着更好的排杂净化能力.合适的处理温度和加入量有利于进一步改善熔剂排杂动力学条件.处理温度对净化效果影响显著,处理温度过高,氢的溶解度随着温度的升高而增加,会加剧合金中各组元的氧化烧损;处理温度过低,又不利于熔剂排杂作用的发挥.从与铝液的分离性和热力学角度看,氟化物的加入量不宜过多,以免铝液与熔剂的表面张力σM-F降低过多,影响熔剂排杂热力学条件的改善;同时由于熔剂中还含有发热剂,熔剂加入量过少,也不利于夹杂向熔剂中的迁移.3.2表面织构及组织图6为未净化的Al5Ti1B0.5RE中间合金的微观组织形貌,图7为经XHJ1熔剂净化的Al5Ti1B0.5RE中间合金的微观组织形貌.从图6可知,未净化的Al5Ti1B0.5RE中间合金的细化相粒子较稀疏,TiAl3相多呈长条状,以及小部分的块状,TiB2相粒子较为粗大,存在聚集现象.由图7可见,经净化处理后的Al5Ti1B0.5RE中间合金中TiAl3相分布较均匀、多呈小块状,TiB2相粒子无聚集成团,呈疏松状,较均匀分布,且净化后中间合金中TiAl3相周围未见杂质存在.经定量金相分析,未净化时块状TiAl3的平均尺寸为32.49μm,TiB2相的平均尺寸为5.16μm.经XHJ1熔剂净化后,细小块状TiAl3的平均尺寸为11.16μm,与未净化的相比减少了74.7%,TiB2相的平均尺寸为3.28μm,与未净化的相比减少了36.4%.试验结果表明,净化对中间合金细化剂中细化相粒子TiAl3和TiB2的分布形态、尺寸大小有明显的影响.这是由于中间合金熔体经有效排杂净化后,含杂量明显减少,且夹杂物数量很少(除杂率达82.4%),尺寸也变细小且呈较均匀弥散分布.图8为在不同炉次下经XHJ1熔剂净化的Al5Ti1B0.5RE中间合金的微观组织形貌,可进一步看出净化后细化相粒子TiAl3和TiB2的分布形态、尺寸大小等与图7结果相近.铝液纯净度的提高,使得熔体中各团簇的空穴浓度增加,从而导致原子团簇的收缩,铝熔体的粘度减小.铝熔体粘度的降低使铝熔体中各原子之间的摩擦力减少,加快了原子运动速度,导致熔体的流动性增强,粘滞性降低,因此细化相粒子TiAl3、TiB2在铝熔体中扩散的摩擦力较小,易于分散均匀.同时,夹杂物的减少,使大团簇在铝熔体中的阻碍作用减少.熔体中的团簇较小,团簇的半径较小,因此流团间的摩擦力较少.净化后铝熔体的纯净度提高,减少了各种粒子相互碰撞成团机会,也减少了夹杂物对TiAl3、TiB2在铝熔体中运动的阻碍,使得细化相粒子TiAl3、TiB2在铝熔体中的扩散速度提高,能更快、更均匀地分布在中间合金的熔体中.因此中间合金凝固后,这些细化相粒子就呈现出细小、均匀的分布状态.4熔剂净化效果1)XHJ1熔剂具有明显的净化效果,Al5Ti1B0.5RE中间合金细化剂经XHJ1熔剂净化处理后,与未净化的相比,除杂率达82.4%.加入2%的XHJ1净化熔剂,处理温度750℃,经此工艺处理的细化剂含杂量最少,夹杂物数量最少且尺寸细小、呈较均匀弥散分布.2)有效的熔剂净化处理进一步改善了Al5Ti1B0.5RE中间合金细化相粒子的分布形态.经XHJ1熔剂净化后的中间合金细化相粒子TiAl3分布更为均匀且