氢在铝液中的扩散及铝液致密性检测

发布时间：2020-08-05 11:30

【摘要】：本文通过利用溶质再分配理论研究氢在铝液中的扩散析出过程对气孔形成的影响。采用结晶温度范围不同的纯铝和ZL105合金,分析结晶温度范围不同对铝液致密性检测的影响;通过改变工艺参数,分析工艺参数对铝液致密性检测的影响;分析当量密度检测法对铝液致密性检测的影响。研究结果表明:氢在铝液中扩散时发生溶质再分配,同时,对于ZL105这样结晶温度范围较宽的合金发生成分过冷,成分过冷区内迅速形成树枝晶骨架,析出的气体滞留在凝固试样中形成气孔。通过改变不同铝液表面凝固压力,发现凝固表面的气体压力越小,氢气越容易在铝液中形核,增加铝液含气量。对于纯铝这样无结晶温度范围的铝液,遵循平面凝固方式,用减压凝固试样密度法定量检测合金的含气量存在较大的误差,但可在试样凝固过程中通过气泡的析出,对铝液中的气体进行定性的分析。ZL105这样结晶温度较宽的合金铝液,所产生的成分过冷区间较大,液体中析出的气体滞留在减压凝固试样内部,可以用通过检测减压凝固试样的密度大小较好的定量评价铝合金液中的含气量,但由于在负压状态下很少有气泡析出,不能通过观察凝固过程气泡析出的方法评价铝合金液的含气量。当铝液浇铸量越多时,铝液释放出的结晶潜热多,铝液凝固速度越慢,Tiller公式中凝固速度v值越小,过饱和浓度区△x越大,铝液中气体含量越多。通过计算得出坩埚壁越厚,蓄热量越大,铝液凝固速度越快,Tiller公式中凝固速度v值越大,过饱和浓度区△x越小,铝液中气体含量越少。通过计算得出当量密度可以非常直观的反应铝液中的含气量,在不同减压压力下,凝固试样的密度值相差不大,但是当量密度值是成倍数增加,铝液中含气量越少,当量密度越小,铝液的致密性越好;当量密度检测法比密度检测法得出的数值变化更明显,说明当量密度值不但可以准确的反应铝液中的含气量,还使铝液中含气量的变化情况更加明显,更能体现出铝液中的含气量情况。
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG292
【图文】：

结构图,旋转喷头,结构图,铝液

[30][31][32]。图1.1 三种旋转喷头的结构图Figure 1.1 Schematic view of three kinds of spinning nozzle其中SNIF除气装置的喷嘴是将一个定子和一个转子组合在一起，气体熔剂被吹入到铝液中，通过旋转速度非常快的转子和定子之间的空隙，喷入的惰性气体分成尺寸极小的弥散性气泡，高速转动的转子带动周围的铝液，使铝液内部充满了极细的气泡。SNIF设备的除氢效率可达到 76%。Alpur 设备的喷头上有两种不同结构的通道，一种是径向排列的 8 条小通道，通道直径大约在1—3mm，小通道与主要通气通道相连接，另一种通道是锥形排列的 8 条大通道

原理图,铝合金液,除气,原理图

图 2.1 铝合金液除气原理图 2.1 Schematic diagram of degassing of alu向外来初始无氢的气泡迁移的除氢动力子经过对流与扩散，从铝液中析出扩散状态转变为吸附状态；附的氢原子彼此相互作用缔结为氢分子，液界面处；扩散迁移到气泡中，跟着气泡浮游从铝进行，初始无氢的气泡变成了有氢的气与铝液中氢相平衡，迁移过程才停止。

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图 2.2 真空凝固试验法测试装置 Figure 2.2 Liquid aluminum refining effect online detector 量铝合金熔液在一定真空度中凝固，由于真空环境压力易，因此试样表面常会出现凸起现象，此时可以通过测涨高度来推算含气量数值。还可以通过观察凝固过程中出熔体的含氢量。与常压凝固法很相似，减压凝固法中度观察法和低倍组织检测法，其原理也和常压凝固法中中的溶解度是液态铝中的 5%~10%，所以在凝固过程中，形成气泡。再加上凝固环境接近于真空，环境压力非，凝固后的气孔较大，故易检测。早期的减压凝固法大，即通过凝固试样上的气孔数量及大小、或通过表观密凝固法多用于定量分析铝合金中的氢含量，在真空凝固

【参考文献】