铸造铝合金中氢气的来源与析出

铝合金铸件中气孔的产生，是由于铝合金吸气而形成的，但气体分子状态的气体一般不能溶解于铸造铝合金液中，只有当气体分子分解为活性原子时，才有可能溶解。

铸造铝合金液中气体能溶解的数量多少，不仅与分子是否容易分解为活性原子有关，还直接与气体原子类别有关。

在铸造铝合金熔炼过程中，通常接触的炉气有：氢气、氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等，这些气体主要是由燃料燃烧后产生的，而耐火材料、金属炉料及熔剂、与气体接触的工具等也可以带入一定量的气体，如新砌的炉衬、炉子的耐火材料、坩埚等，通常需要使用几天或几周的时间，其化学结合的氢才能充分从粘结剂中释放出来。

铝合金铸造过程中，炉气成分是由燃料种类以及空气量来决定的。普通焦炭坩埚炉，炉气成分主要为二氧化碳、二氧化硫和氮气；煤气、重油坩埚炉主要为水蒸气、氮气；而对目前大多数熔炼厂家使用的电炉熔炼来说，炉气成分主要是氢气。因此，采用不同的熔炼炉熔炼时，铸造铝合金的吸气量和产生气孔的程度是不同的。

根据青岛景顺诚铸铝厂在铝合金铸造生产实践证明，氢是唯一能大量溶解于铸造铝合金中的气体，是导致铝合金形成气孔的主要原因，是铸造铝合金中最有害的气体，也是铝合金中溶解度最大的气体。在铝铸件凝固过程中由于氢的析出而产生的孔隙，不仅减少了铸件的实际截面积而且是裂纹源。

惰性气体是不能溶于铸造铝合金中的，其他气体一般与铝或铝合金反应形成铝的化合物，如Al2O3、AlCl3、AlN、Al4C3等等。氢在液态铝或铝合金中的溶液解度很大，而几乎不溶解于固态铝(在室温条件下，其溶解度约在0.003﹪以下)。

在铸造铝合金熔炼时，周围空气中的氢气含量并不多，氢的最通常的来源是铝和水蒸气的反应，而水蒸气主要来源于炉气中的水分、设备及工具吸附的水分、一些材料的结晶水与铝锈Al(OH)2分解出来的水分等，其反应式如下：3H2O(水蒸气)+2Al=Al2O3+6[H](1)含镁铝合金由于还发生下列反应，更容易吸收氢：H2O(水蒸气)+Mg=MgO+2[H](2)。

另外，铸造铝合金的回炉料带入的油污、有机物、盐类熔剂等与铝液反应也能生成氢：4mAl+3CmHn=mAl4C3+3n[H](3)　

镁、钠、锂可以改变铝的表面的氧化膜，使活性氢原子容易进入;金属氟和铍则能在铝的表面形成更致密的氧化膜，降低氢向铝液或铸造铝合金中扩散的速度，对铝合金起到保护作用。形成氢化物的元素，如钙、钛、锂、铯等金属均能强烈地扩大氢在铝液中的溶解度。

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