| |
|
氧化膜夹层的形成及其有害作用
铝合金在熔炼过程中、自熔炉内倾出时、变质处理过程中、以高气流速度进行喷吹净化处理时以及浇注过程中，铝合金液都会受到强烈的扰动。液态金属表面的扰动，会拉动其表面上的氧化膜，使之扩展、折叠、断开。氧化膜断开处露出的清洁合金液面，又会被氧化而产生新的氧化膜。氧化膜的折叠会使其朝向大气一侧的干燥表面互相贴合，并在两干燥表面间裹入少量空气，成为‘氧化膜夹层’。
氧化膜夹层易于卷入金属液中，还会在扰动的金属液作用下被挤成小团。由于Al2O3的熔点比铝合金液的温度高一千多摄氏度，而且具有高度的化学稳定性，小团不会熔合，也不会溶于铝合金中。虽然Al2O3的密度略高于铝合金液，但裹入空气后的氧化膜夹层的密度就比较接近于铝合金液。因此，除在大型保温炉内长时间静置过程中氧化膜夹层可能下沉外，在一般铸造生产条件下，都会比较稳定地悬浮于铝合金液中。
已经悬浮有氧化膜夹层的铝合金液，再次受到扰动时，又会产生更多的氧化膜夹层。铸件生产过程中，合金的熔炼、自熔炉倾出、变质处理、净化处理、浇注等作业都会使铝合金液产生强烈的扰动，铝合金液中除保留原有的氧化膜夹层外，还会因再次扰动而不断增加新的氧化膜夹层。因此，进入型腔的金属液中都含有大量微小的氧化膜夹层。
金属液充满型腔后，即处于静止状态，被挤压成团的氧化膜夹层会逐渐舒展成为小片状。金属液冷却到液相线以下后，枝状晶的生核和长大，又是促进被挤压成团的氧化膜夹层舒展的因素。
铸件凝固后，大量小片状氧化膜夹层本身就是小裂纹，起切割金属基体的作用，当然会使合金的力学性能降低，而危害更大的却是诱发气孔和小缩孔的产生。
随着液态金属温度的逐渐降低，氢在金属液中的溶解度不断下降，但是氢以气孔的形式自液态金属中析出是非常困难的。均匀的液相中产生另一种新相(气相)时，总是先由几个原子或分子聚集而成，其体积很小。这种体积微小的新相，其比表面积(即单位体积的表面面积)极大，要产生新的界面，就需要对其作功，这就是新相的界面能，即其表面面积与表面张力的乘积。铝合金液冷却过程中要得到这样大的能量，实际上是不可能的。
即使产生了新相的核心，其长大也需要很大的能量，而且只有在新相的尺寸超过某一临界值后才有可能长大。尺寸小于临界值的新相核心不可能长大，只会自行消失。
理论上，气相在液相中生核、长大是非常困难的。实际上。如果没有其他诱发因素，在氢含量基本正常的条件下，均匀的铝合金中因氢气析出而产生气孔的情况，是不可能发生的。
金属液中含有大量悬浮的氧化膜夹层时，情况就大不相同了。氧化膜夹层中大都裹有少量空气，当金属液的温度降低、氢在其中的溶解度下降时，氧化膜夹层中的小空气泡对氢而言是真空，溶于金属液中的氢向空气泡中扩散是非常方便的。氢向小空气泡中扩散，使氧化膜夹层张大，就在铸件中造成气孔。
如果铝合金液的净化处理作业良好，金属液中的氢含量很低，铸件中产生的气孔就会很少。但是，如果金属液中没有氧化膜夹层，即使金属液中氢含量较高，凝固时氢也只能以过饱和状态固溶于合金中，不可能产生气孔。
如果铸件的补缩条件不好，凝固收缩过程中会产生缩孔。由于氧化膜夹层中是空的，易于拉开，缩孔也大都在氧化膜夹层处形成。在这种情况下，溶于金属液中的氢也会向其中扩散，使孔洞扩大。
综上所述，可以认为：对于铝合金铸件，氧化膜夹层是使材质力学性能降低、导致铸件产生针孔气孔类缺陷的主要原因。为提高材质的力学性能，提高铸件的致密度，采取措施消除氧化膜夹层比加强脱气净化作业更为重要。
|
专业生产:
