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第6章 合金熔体的处理 本节内容 净化（除气）理论基础 热力学 动力学 除气方法 非化学反应除气 化学反应除气 混合除气 讨论题目: 如何提高铝合金熔体的除气效果？ 除气原理 除气动力学 除气方法改进等 Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al基复合材料等 n At 依靠“挥发”的气体脱除速度 气体原子挥发量与气体原子饱和蒸气压与气体的实际蒸气分压的差、表面面积和时间成正比 ③ 影响气泡除氢的因素 a 熔体温度的影响 温度的影响体现在两个方面，一是改变气体原子从合金熔体内部向熔体表面或气泡表面迁移阶段的扩散系数，二是改变界面气体原子挥发阶段的速度。 随着熔体温度的升高，两个阶段速度都增加，因此，总的除气速度也增加。 b 气泡上浮速度的影响 气泡上浮速度的影响也包括两个方面，即气泡上浮速度对除氢速率的影响和气泡上浮速度对除氢时间的影响。 气泡上浮速度越快，气体原子从合金熔体内部向熔体表面或气泡表面迁移的速度也越快，界面气体原子挥发阶段的速度也越快（因为气泡上浮速度越快，熔体与气泡的相对速度越大，熔体界面层更新的速度越快，使与气体接触的熔体表面始终保持较高的气体含量或较大的浓度梯度）。 但是另一方面，气泡上浮速度越快，气泡在熔体中停留的时间越短，除气量将减少。 总的除气量是增加，还是减少，取决于气泡上浮速度对除氢速率和除氢时间的综合影响。 c 气泡半径的影响 气泡的半径增大，气体原子从合金熔体内部向熔体表面或气泡表面迁移阶段的速度将下降（因为气泡的半径越大，与气泡接触的熔体从气泡顶点流到底部的时间越长） 在此过程中熔体表面的气体浓度越来越小，表面区的浓度梯度也越来越小。 气泡的半径越大，气泡上浮速度也越快，除气时间将缩短。 d 气泡的总表面积与其分布的影响 气泡的总表面积越大，除气的效果越好。 但是气泡的分布也起很重要的作用。如果气泡的总表面积很大，但是集中在熔体中某一局部区域，其它区域熔体中的气体原子只能依靠扩散向气泡迁移。（气体原子在熔体中扩散速度与气泡上浮速相比较慢，导致不与气泡接触且与气泡有一定距离的熔体无法除气） e 时间的影响 一般情况下，处理时间越长，除气量越多。但除气速度随时间增加变得越来越小。 f 气体本身和合金熔体的性质等也有影响 气泡除氢还与气泡的性质、合金熔体的性质有关。 2 有化学反应时除气动力学 有化学反应时除气动力学过程应该包括三个阶段： ① 除气剂的溶解和与气体原子相互扩散接触阶段； ② 除气剂与气体原子发生反应形成含气体原子的化合物； ③ 含气体原子的化合物（气态或固态）长大和排除阶段（上浮或下沉）。 含气体原子的化合物如果是气态可以用前面的吹氮气和氩气中（不能形成氢气泡的“除氢”）相似公式进行分析，含气体原子的化合物如果是固态可以用 Stokes公式来描述。 3 混合除气动力学 混合除气是指除气过程既包括化学除气，又包括非化学除气，如ZnCl2和C2Cl6的除气过程等。它的动力学过程包括： ① 除气剂的溶解和与气体原子相互扩散接触阶段； ② 除气剂与气体原子发生反应形成含气体原子的气态化合物； ③ 气态化合物长大和上浮阶段； ④ 气态化合物的逸出阶段。 其中气态化合物长大和上浮阶段可以用前面的吹N2和Ar中公式进行分析。 6.1.3 合金熔体的净化方法与评价 1. 合金熔体的除气方法 合金熔体的净化方法已有几十种，概括起来分为三大类，即非化学反应除气、化学反应除气和混合除气。 非化学反应除气————吹惰性气体，真空处理，过滤，气体的电迁移和超声处理等； 化学反应除气————稀土除氢； 混合除气————气化熔剂，吹活性气体和吹活性熔剂等。 炉内处理 炉外连续处理 常压 真空 静态 动态 静态 动态 脱气 过滤 联合在线精炼 ①吹气 ②真空减压 ③反应气 物理法 化学法（包括稀土净化） 脱气 净化 （1）吹惰性气体净化法 ① 单管吹气法 (包括单管和多孔吹气法) 图6-3 单管吹气法原理图 （a）鼓泡方式 (b) 射流方式 由高压N2(或Ar)气瓶、减压阀、耐熔体吹气喷头和干燥剂等组成。惰性气体在管内压力的作用下，以气泡的形式进入熔体 气泡进入熔体有两种方式，即鼓泡方式和射流方式 A.鼓泡方式 吹头气管内惰性气体压力逐渐升高，当惰性气体吹入压力大于吹头处熔体静压力和大气压力及表面张力之和时，惰性气体气泡就会形成（单个气泡）并进入熔体中 B.射流