一、氣體的來源 能溶解于金屬中的氣體,,主要是氫和氧,。在熔煉過程中,氣體的主要來源有: 1,、爐氣:非真空熔煉時,,爐氣是金屬中氣體的主要來源,。在爐氣中除含有氧、氮外,,還含有水汽,、氫、一氧化碳,、二氧化碳,、二氧化硫和碳氫化合物等。爐氣的成分隨使用的燃料和燃燒的情況的不同而變化,;如以重油或煤氣做燃料的反射爐或坩堝爐中,,常含有5-10%的水汽和較多的氫、一氧化碳等,。 2,、爐料:電解金屬表面大都有殘留電解液,加工車間返回料大都含有油,、水,、乳液等。外來廢料大都有水腐蝕物,、銹蝕等,。特別是露天堆放和潮濕季節(jié),爐料表面吸附有水分,。這些都會使金屬在熔煉過程中吸收較多的氫,。 3、 耐火材料:耐火材料中所含水分也能促使金屬吸氣,,新爐開始生產時尤為嚴重,。 4、 熔劑:許多熔劑都帶有水分,,其中一些(如木炭,、米糠等)含有吸附的水分,有些熔劑(如硼砂)本身帶有結晶水,。為減少熔煉過程中氣體的來源,,熔劑應進行干燥或脫水處理。 5,、操作工具:操作工具預熱不徹底,也會增加金屬的含氣量,。
二,、氣體的溶解過程及溶解度 氣體在金屬中溶解度:金屬在固體時,氣體的溶解度很小,,隨著溫度的上升溶解度緩慢增加,,到熔點溫度時溶解度急劇增加,,繼續(xù)提高熔融金屬的溫度,氣體溶解度繼續(xù)增加,,到某一最大點后開始下降,,到金屬的沸點溫度時,氣體溶解度幾乎等于零,。 不同的合金元素對氣體在合金中的溶解度的影響也不同,,某些元素如鎳等與氣體有較大的結合力,使合金中的氣體的溶解度增加,。另上些元素如鋁,、錫等能使氣體在合金中的溶解度降低。銅合金中合金元素對氫氣溶解度的影響如下: Cu+Ni > Cu+Pb > Cu+Ag > Cu+Au > Cu+Sn > Cu+Al
三,、除氣方法: 1,、 氣體除氣法:一種為惰性氣體(如N2等),另一種是活潑氣體(如Cl2等)氣泡越小,,數(shù)量越多,,對除氣是有益的。但由于氣泡上浮的速度大,,通過熔體的時間短,,且氣泡不可能均勻分布于整個熔體中,故用此法除氣不容易徹底,;隨著熔體中含氫量的減少,,去氣效果顯著降低。 2,、 熔劑除氣法:熔劑除氣是利用熔鹽的熱分解或與金屬進行置換反應,,產生不溶于熔體的揮發(fā)性氣泡而將氫除去。如鋁青銅常用冰晶石熔劑除氣,,白銅和鎳合金常用螢石,、硼砂、碳酸鈣等熔劑除氣,。熔劑精煉時,,一般將干燥的熔劑用帶孔罩壓入熔池中。為了提高除去效果,,也可采用干燥氮氣將粉狀熔劑吹入熔池中,。熔劑在除氣的同時,還可去渣,。 3,、 沸騰除氣:在工頻爐熔煉高鋅黃銅時常用的一種方法。但需具備兩個條件:一是高鋅黃銅的沸騰溫度較低,,二是熔溝部分熔體溫度較高,。銅鋅合金的沸騰溫度隨鋅含量的增加而降低,。 由于工頻爐中熔溝部分熔體溫度最高,首先形成鋅的蒸汽泡隨即上浮,。伴著熔池溫度的升高,,爐膛內的蒸汽壓也隨逐漸提高;當溫度升高到整個熔池接近鋅的沸點時,,甚至使整個熔池表面出現(xiàn)冒泡,。當熔池上面的蒸汽壓升高到超過大氣壓時,鋅蒸汽便向爐口噴出,,被氧化燃燒,,形成沸騰的噴火現(xiàn)象。次數(shù)越多,,除氣效果越好,,一般2-3次即可。含鋅量小于20%的黃銅,,不能利用沸騰除氣,。缺點在于低沸點金屬元素(如鋅等)損耗較大。 4,、 其他除氣法:1)冷凝除氣,;2)振蕩除氣;3)直流電解除氣
四,、脫氧過程 使金屬熔體中的氧化物還原而除去氧的過程稱為脫氧,。熔融金屬及合金中的脫氧過程屬于置換反應,凡在操作條件下,,能從熔融金屬中取得氧的任何物質,,即氧化物的分解壓比被脫氧金屬氧化物的分解壓為低的元素,一般都可作為脫氧劑,。
五,、脫氧劑 分為表面脫氧劑和溶解于金屬的脫氧劑兩種。 表面脫氧劑基本上不溶于金屬,,脫氧作用僅在與金屬接觸的表面進行,,脫氧速度較慢。它的優(yōu)點不溶于金屬,,脫氧劑不會影響金屬的質量,。常用的表面脫氧劑有:碳化鈣、硼化鎂,、木炭,、硼 (B2O3)等。 溶于金屬的脫氧劑,,能在整個熔池中與熔融金屬中的氧化物相互作用,,脫氧效果好得多。缺點是剩余的脫氧劑將留于金屬中而影響金屬的性能,。常用的脫氧劑有:磷,、硅、錳,、鋁,、鎂、鈣,、鈦,、鋰等。這些元素可以中間合金的形式加入,。脫氧反應所產生的細小固體氧化物,,使金屬的粘度增大,或成為金屬中分布不均勻的夾雜物,,故應控制加入量,。 對脫氧劑的要求: 1. 對金屬或合金的性能無害。 2. 脫氧產物最好不溶于熔融金屬,,且容易除去,。 3. 脫氧劑應足夠活潑,即脫氧產物應與熔融金屬在比重和熔點上有較大的差別,。 銅磷中間合金除能脫氧外,,并能改善合金的流動性,在銅合金生產中應用較廣,。
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