铝合金新型复合熔体精炼剂制备及应用研究

论文摘要

铝及合金熔体中的氧化夹杂和针孔直接影响到铸件的各项性能,除杂排气成为熔体净化的重点。本文针对目前精炼剂功能单一的特点,设计了以除杂为主,除气为辅的新型复合精炼剂,通过合理的选择和分配新型复合精炼剂的各组元和添加剂,研究新型复合精炼剂排杂除气的效果,最终确定最优的组分配比；另外本文利用X射线衍射（XRD）分析熔渣物相,利用扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）研究精炼过程中,氧化夹杂的形貌变化、精炼剂与氧化夹杂的关系,从而寻找新型复合精炼剂的净化原理,研究表明：1)新型精炼剂具有很大的熔点区域可以选择,其中NCU-3的熔点为600℃,相对除杂率达到30%、针孔度达到3级；在NCU-3的基础上添加质量比为16%的氟化物配制的NCU-8型精炼剂相对除杂率可提高到48%、针孔度可提高到2级。2)作为新型复合精炼剂重要组元的Mg2N3,在其制备过程中发现：液氨与镁粉反应的吉布斯自由能比氮气与镁粉反应的吉布斯自由能低,液氨比氮气更容易与镁粉反应制备氮化镁；在600℃保温1h,然后升温到800℃,氨气流量500ml/min,氮化时间1h,可以制备出纯度高、粉末粒子均匀的高质量氮化镁粉末。3)以氮化镁配制的新型复合精炼剂中,NCU-10对ADC12除杂排气效果明显,新型复合精炼剂对一次夹杂物,相对排杂量能达到81%之多,以国标GB/T7964.3-2005评定其为1级针孔；而对A356铝屑溶体而言NCU-12的除杂除杂排气效果更优于NCU-10；氮化镁的添加量由熔体中Al2O3夹杂含量所决定。4)未精炼的试样中有大量氧化夹杂团聚在大气孔处,在基体上分布着大量的呈片状、粒状、线状絮状和薄膜氧化夹杂物,颗粒状的氧化夹杂物大小在200um左右；精炼后试样中氧化夹杂基本没有出现团聚,氧化夹杂的颗粒也逐渐变小,其大小在50um以下。团聚的夹杂物分散被新型复合精炼剂吸附、溶解和破碎,在这个过程中伴随着氮化镁与氧化夹杂反应产生的氮气吸附Al2O3夹杂和带走溶体中的氢；因此新型精炼剂是一个吸附扩散,溶解反应和气泡浮游的协和作用的净化机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 铝及其合金熔体的非金属夹杂物
• 1.2.1 铝及其合金熔体夹杂来源和类型
• 1.2.2 铝及其合金熔体夹杂的危害
• 1.3 铝及其合金熔体中的氢
• 1.3.1 氢的来源和类型
• 1.3.2 氢的危害
• 1.4 精炼剂概况及其除夹杂研究现状
• 1.4.1 精炼剂研究概况
• 1.4.2 精炼剂除杂研究现状
• 1.5 精炼剂研究的意义及存在的问题
• 1.6 本课题研究的目的、内容
• 1.6.1 精炼剂研究的目的
• 1.6.2 精炼剂研究的内容
• 1.6.3 本课题研究的方案
• 1.7 本章小结
• 参考文献
• 第2章 新型精炼剂的制备及应用
• 2.1 引言
• 2.2 新型精炼剂的设计
• 2.2.1 新型精炼剂的配制原理
• 2.2.2 精炼剂基本组元的设计
• 2.2.3 精炼剂附加组元的设计
• 2.3 新型精炼剂的制备过程
• 2.4 实验
• 2.4.1 实验用的原料及检测设备
• 2.4.2 实验方法与过程
• 2.4.3 熔炼
• 2.5 实验结果与讨论
• 2.5.1 三元精炼剂溶体净化
• 2.5.2 四元精炼剂溶体净化
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第3章 新型复合精炼剂的配制及应用
• 3.1 引言
• 3.2 新型精炼剂的设计
• 3.2.1 新型复合精炼剂的配制原理
• 3.3 新型复合精炼所需氮化镁的制备
• 3.3.1 氮化镁的制备过程
• 3.3.2 不同气氛对氮化的影响
• 3.3.3 氮化温度对氮化过程的影响
• 3.3.4 保温对氮化过程的影响
• 3.3.5 氮化机理探讨
• 3.4 实验
• 3.4.1 实验用的原料和检测设备
• 3.4.2 实验方案
• 3.4.3 熔炼
• 3.5 试验结果与分析
• 3.5.1 新型复合精炼对ADC12熔体净化结果分析
• 3.5.2 新型复合精炼对A356熔体净化结果分析
• 3.5.3 涡流检测分析
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第4章 新型精炼剂原理探讨
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验过程
• 4.2.3 实验的分析方法与检测
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 氧化夹杂的形貌变化
• 4.3.2 熔剂与氧化夹杂的关系
• 4.3.3 熔渣的物相分析
• 4.4 分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第5章 总结
• 5.1 主要的研究结论及成果
• 5.2 本文的主要创新之处
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果