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压铸小知识

铝合金压铸件中因氢气产生气孔

在铝合金压铸生产中，大量来源于铝和水蒸气反应和金属炉料或回炉料带入的油污、有机物、盐类熔剂等与铝液反应生成的氢气溶解于铝合金液中，氢气的溶解度在液态和固态铝合金有相当大差异。铝合金液在冷却凝固过程中的某一时刻，氢的含量超过了其溶解度时即以气泡的形式析出，来不及上浮排出的氢气泡就在铸件凝固过程中形成细小分散的气孔，即平常我们所说的针孔。   

氢气在液态铝中的溶解度比在固态铝中要高大约20倍。由于溶解度的不同，在凝固过程中，氢气就倾向于从熔液中逸出，当氢气压力大于表面张力和液体静压力时，即形成气泡，进而在铸件或铸锭中产生气孔。

1 铝液中的氢的来源

    铝及其合金易与气体相互作用，这主要是因为铝是活泼金属。氢是唯一能大量溶解于铝熔体中的气体。根据测定，存在于铝合金中的气体，氢占了85%以上，其余是氮气、氧气、一氧化碳等。因而铝合金的“含气量”可以视为“含氢量”。溶入铝合金的氢并不来自炉气中的极微量氢，因为大气中氢的分压很低，约为  5×MPa，远比铝熔体中的氢分压低。根据热力学原理，溶于铝熔体中的氢是不稳定的，有强烈地自铝熔体中向大气扩散逸出的倾向。其次，研究结果表明，分子态的氢并不能直接溶入铝液中，只有离解成原子态氢才能溶入铝液中。这可以从在纯净氢气氛中熔炼铝液，铸件中并不出现针孔的实验中得到证明。可见，炉气中的氢分子不是形成气孔的根源。根据生产实践和科学实验证明，铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水汽的反应。

2  铝液中的夹杂

铝液中的夹杂物除来自炉料外，还来自熔化、浇注过程中铝与氧反应所生成的氧化物。另外还可能存在金属碳化物、氮化物等非金属夹杂和铁、硅等金属夹杂。但主要的夹杂还是，占夹杂含量的95%以上。铝液表面有一层氧化膜，接近熔点时，不仅厚度增加，而且结构也发生变化，面向铝液的一面是致密的，对铝液有保护作用。但背向铝液的一面则是疏松的，背部形成大量微小的孔，并被氢气、空气和水汽所充满。如果将液膜搅入铝液中，不仅使铝液增加夹杂物，同时也增加气体。铝熔体中的金属夹杂除了由原材料带进的和由于洗炉不彻底、混料、电热材料掉入等人为因素造成的以外，主要是由于铝熔体和炉衬、工具、各种净化剂、添加剂接触的过程中产生各种化学反应而生成并混入的。

炉衬用的耐火材料通常是由各种氧化物的混合物组成的，当熔体与炉衬接触时，如果这些氧化物的生成热低于氧化铝的生成热，则炉衬将被分解，并析出比铝密度低的金属。

铝液中含氢量与夹杂物保持一定的关系。在含氢量相同的条件下，夹杂物含量越高，氢气从铝液中越难逸出，铸件形成气孔就越多；相反，当铝液中夹杂物的含量很低时，即使人为地向铝液中通入氢气，也会自动逸出，恢复原来的含氢量。铝液中气体与夹杂物之间存在着相互作用的关系：气体存在于夹杂物中，夹杂物吸附气体，排除夹杂物是排除气体的基础。

 

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