合成工藝

鋁和鋁合金可以用各種不同的方法熔煉。常使用的是無芯感應爐和槽式感應爐、坩堝爐和反射式平爐（使用天然氣或燃料油燃燒）以及電阻爐和電熱輻射爐。爐料種類廣泛，從高質(zhì)量的預合金化鑄錠一直到專門由低等級廢料構(gòu)成的爐料都可以使用。然而，即使在適宜熔煉澆注的條件下，熔化的鋁也易受三種類型的不良影響：

·在高溫條件下，隨著時間的推移，氫氣的吸附導致溶解在熔液中氫氣的增加。

·在高溫條件下，隨著時間的推移，熔液發(fā)生氧化。

·合金元素的喪失。

氫氣是很容易被熔化的鋁吸附的。不幸的是，在熔化的鋁合金中，氫氣的溶解度基本上大于其在固體鋁中的溶解度。當鋁合金凝固時，氫氣從熔液中排出，收縮孔隙度擴大并放大，同時伴隨著力學性能的喪失。氫氣一般源自濕爐料和潮濕的熔化工具，但主要的氫氣源是環(huán)境中的濕氣。因為熔煉時幾乎難以防止氫氣的吸附，所以澆注前必須從熔液中除去氫氣。常使用的方法是向熔液中鼓入干燥的氮氣或氬氣泡。使用氯氣除去氫氣是格外有效的。然而，由于環(huán)境和原因常排除它在生產(chǎn)中使用。

過去已利用減壓測試法測量出溶解在熔液中的氫氣量，其過程是將熔化鋁的試樣注入鋼杯中，并讓它在真空腔中凝固。觀察凝固過程發(fā)現(xiàn)，在凝固過程中氣泡變化的程度指示了存在的氫氣量。同時使用凝固后的試樣切片可以檢查形成氣泡的大小。遺憾的是，這些方法并不，而且受到熔體中作為氫氣泡晶核存在的氧化物顆粒的影響很大。測試溶解氫氣的更好方法是使用專門設計的利用液體萃取技術顯示氫氣的儀器。

鋁在熔液表面瞬時形成非常穩(wěn)定的氧化物。氧化的速度隨著溫度的升高和某些合金元素(如鎂和鈹)的存在而增加。而如果鋁熔液表面沒有受到于擾，那么在其表面形成的氧化物膜是自我限制的，任何紊流都會將氧化物膜攪和到大部分的熔液中，并產(chǎn)生新鮮的表面以有利于更多的氧化物形成。生成的氧化物膜和氧化物雜質(zhì)非常有害于鑄鋁件的性能，然而，在合金冶煉、熔化金屬的轉(zhuǎn)運或澆注和鑄型注滿的過程中都會引起紊流。

熔液中的氧化物顆粒成為形成縮孔和氣孔的品核。缺少氧化物雜質(zhì)時，氣孔和碾微孔隙也就基本消失了。對于鑄鋁件的生產(chǎn)，減少氧化物雜質(zhì)是特別重要的一個條件。因為通常它們的液相線與固相線之問有非常大的幅差，而在多孔隙的狀態(tài)下冷凝，則很難給孔隙提供補給。

鑄件的氧化膜則形成了極易失效的脆弱面，鑄鋁合金力學性能的不均勻性恰恰就是由于這些氧化膜的存在而引起的，如果沒有這些氧化膜，不均勻性就會減少，鑄件性能的重復性就會優(yōu)于鍛件，用X射線檢查時，這些氧化膜通常是不可見的，但必須做到事前預防而不要等事后發(fā)現(xiàn)時再去修補。

在熔融狀態(tài)下，可以利用熔劑的覆蓋來控制氧化物。這些熔劑一般為氯化鎂鹽。它們漂浮在熔液的表而上。但仍要定期從熔液表面清除氧化物，可以采用熔液通過過濾床的辦法從大熔爐中清除這些懸浮的氧化物雜質(zhì)。較小規(guī)模生產(chǎn)時，可以在澆注系統(tǒng)中設置過濾器來清除氧化物。

為了防止在鑄件中形成氧化膜，則需要讓金屬以毫尤紊流的狀態(tài)進入到鑄型的型腔．對大多數(shù)鑄件來說，利用重力澆注的方法就不可能做到這一點，因為直澆道的水頭高度會加快流動速度從而發(fā)生紊流，所以一定要采用反重力法或液位模具澆注技術。這樣過濾器減緩金屬流動的速度，使其慢到足以防止氧化物產(chǎn)生。另外必須從底部注入模具的型腔，注入鑄件各個液位的次序電要精心設計好，以免發(fā)生“瀑布”——模具中液態(tài)金屬從較高液位掉落到較低的液位，從而在新生金屬表面形成氧化物。利用從底部注入模具的方法，液態(tài)金屬頂上的氧化層將升入到上砂箱層面的頂部并流入冒口的頂，這樣則不會損害鑄件。

很多鑄鋁合金都含有像鎂這樣的會慢慢與氧氣發(fā)生反應的元素，熔化的金屬保存時間過長，這些元素就會被逐漸氧化，導致鑄件的化學成分不達標，而其他一些合金元素，例如具有低氣化壓的鋅，還會從浴槽的表而蒸發(fā)。[3]