东北轻合金有限责任公司 150060
摘要：铝合金在各个行业现在被广泛应用，伴随着社会的进步，经济的发展，人们环保意识的不断增强，人们对铝合金制品的性能要求也越来越高。在不影响周围环境，同时又能让铝合金发挥其性能的前提下，使铝合金的表面更加的光滑，美观，耐磨，耐腐和耐候。就需要不断的去研究铝合金铸造压延工艺，让铝合金发挥更高的性能，对现代化发展具有更高的价值。
关键词：钠含量；铝合金铸造；压延工艺性能
1 Na的来源
1.1原材料中的Na
铝锭中都含有一定量的Na。生产中抽样检验表明，由于生产厂家不同，铝锭中Na质量分数也不同，一般为（5~8）×10-6，但也有个别厂家生产的铝锭Na质量分数达到23×10-6。废料中的Na质量分数由于合金中Mg质量分数及重熔次数不同有所不同，但一般不超过30×10-6（使用Na盐变质过的Al-Si系合金除外）。
1.2含Na覆盖剂
覆盖剂的组成一般为NaCl、KCl。NaCl与熔体的反应：3 NaCl+Al=AlCl3+3Na但反应生成Na的可能性很小，其影响可忽略不计。
1.3含Na精炼剂
含Na精炼剂一般含Na3AlF6、NaCl、KCl或含少量NaF。它的影响有两种情况，一种是粉状精炼剂覆盖、精炼除渣时带入的Na，这种情况下Na质量分数一般上升（10~20）×10-6。另一种是倒炉时用熔剂块叠坝时带入的Na，一般Na的质量分数可上升（20~30）×10-6。
1.4Na的烧损
原材料中的质量分数含量高，但实际生产中Na质量分数一般不超过30×10-6，这是因为在熔炼转注过程中，Na发生了氧化，损失了一部分Na。合金中Na质量分数不同，其烧损程度也不一样。铝锭中Na的烧损一般为（2~3）×10-6。
2 钠脆性的危害
2.1Na使高镁铝合金黏度增大，铸造拉裂倾向增加熔体中Na质量分数高，尤其是在用Na盐变质处理后，炉内残存Na质量分数高，使合金黏度变大，严重恶化铝合金铸造性能，尤其在生产流动性差的铝合金或小规格圆锭时，拉裂倾向非常大。
2.2裂纹倾向严重
在高镁（Mg质量分数大于3%）铝合金中，随熔体中Na质量分数升高，裂纹倾向十分严重，表现为铸造时的热裂纹及轧制时的边部裂纹。Na元素的这种有害作用叫Na脆性。生产中由于Na质量分数高引起的裂纹。裂纹走向曲折，断口处呈黄褐色，属于沿晶裂纹，是典型的热裂纹，这种情况一般Na质量分数高达16×10-6以上，铸造过程中没有产生裂纹，在其后的轧制过程中产生裂纹，这种情况下Na质量分数一般在10×10-6以上。
2.3Na质量分数对裂纹倾向的影响
生产中取300炉5083铝合金，研究Na质量分数对裂纹倾向的影响。可见，随着合金中Na质量分数升高，裂纹倾向增大，尤其当w%（Na）>10×10-6时，裂纹倾上升。
2.4Na对合金组织的影响
5083铝合金组织。Na质量分数高时，枝晶晶界处不连续，球状质点多、密集，而在Na质量分数低时，枝晶晶界处质点分散稀少。可见，随Na质量分数的升高，第二相体积分数变大。
2.5钠脆性原因分析
Na质量分数高时，Na游离在枝晶晶界处，使合金脆性增加。铝合金中的Mg置换NaAlSi化合物中的Na，使其呈游离状态，反应式为：
NaAlSi+Mg→Mg2Si+Na（游离）+Al
游离出的Na在晶界上形成不连续的脆性球状质点，增加了合金的热脆性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当Na或Mg质量分数低时，上述置换反应虽然发生，但置换出的游离Na少，而且比较分散，对热裂纹影响不大。所有合金在固相线温度以上的固液区内，都存在一个强度和伸长率低的脆性区，在这个区间内，由于应力而引起的变形超过了金属的塑性，就会导致裂纹产生。而Na的存在，使晶间液层变薄，扩大了结晶过程中脆性区的下限温度，降低了脆性区塑性，裂纹倾向增加。当收缩应力超过其自身强度时，便导致铸锭裂纹。游离Na的这种有害作用，随Mg质量分数增加而显得更为突出。Na质量分数对高镁铝合金的热裂倾向的影响，与合金熔体被Na污染的程度有关，而且随着Na质量分数的增高而增加。
因此必须降低Na质量分数，使其以间断、分散、稀少的小质点形式存在，以降低合金的脆性。
3 降低钠含量的措施
为了保证铝合金铸锭的质量，必须严格控制钠含量，以最大限度地降低钠脆性的影响。含镁高的铝合金中的钠含量应控制在0.001%以下。因此，在电解铝生产和铝合金熔铸生产中，应采取以下防钠和除钠措施。
3.1控制电解工艺，降低钠的析出
3.1.1控制电解温度。前面已述及，铝液中钠含量随电解温度升高而增加。因此，要有效地控制电解温度，不使发生“热槽”
3.1.2控制电解质中NaF/AIF3的分子比。实践证明，将分子比控制在2.6一2.8范围内较为适宜，这时钠的析出量最少。
3.1.3减少阳极效应次数。在电解生产中，应控制好技术条件，控制和调整阴极电流密度，使其均匀一致，从而降低钠的析出量。
3.1.4采取静置除钠措施。利用钠容易从铝熔体中逸出的特性，采用铝熔体转注、静置的措施，可达到除钠的效果。
3.1.5采取精炼除钠措施。在铸造前，向敞口铝包或混合炉内用氯气、氮氯混合气体、CCI4、C2Cl8气体、三气（氮、氯、一氧化碳混合气体）进行除钠。
吹氯是铝冶炼厂除钠既简单又行之有效的一种方法。在铝液温度为720~73。℃时，用铸铁管或石墨管向铝液中吹入氯气，吹氯时间为10~15分钟。氯气是一种活性很强的气体，在铝液中可发生以下反应：
2AI+2CI2=2AICI2↑
2Na+CI2=2NaCI
氯化铝的沸点为183℃，在铝液中形成大量微小的气泡，在气泡上升时将氯化物（NaCI）带到金属表面，达到除钠目的，其除钠效果比较好。
3.2铝合金熔铸生产中的防钠除钠措施
3.2.1吹气除钠，与前节的相同。
3.2.2采用无钠覆盖、精炼熔剂。如在熔制含镁高的铝合金时，使用不含钠的熔剂作为精炼覆盖熔剂。
3.2.3加入添加剂。如向合金中添加锑、秘等金属元素，.使之与杂质钠形成一种稳定难溶化合物，借以提高固于液区的塑性，降低合金的热脆性，从而减少铸造时热裂纹倾向。
3.2.4采用SNIF、ALPUR、MINT净化处理
SNIF熔体净化装置是美国联合碳化物公司制造的一种先进的净化装置、它将惰性气体或惰性气体与氯的混合物，通过旋转喷嘴喷成极微细的小气抱，并且均匀分散在流动的金属熔体中。该装置除掉非金属夹杂物和碱金属的效果很好，对于含镁高的铝合金熔体中的钠可控制在5ppm以下。东北轻合金加工厂引进的SNIF装置已投入使用，其除钠效果比较显著。
ALPUR和MINT净化装置分别是法国彼施涅公司和美国联合铝业公司的产品，这两种装置的除钠效果也比较好。
3.2.5添加稀土除钠。稀土元素具有很高的化学活性，能与大多数元素发生反应，生成稳定的稀土化合物（ReNa）。如Ce一Na、Ca一Na和Pr一Na等化合物。达到消除钠脆性的危害。
4结语
本文讨论了铝合金中钠的来源，钠对高镁铝合金的影响以及在铸造生产中防钠、除钠的措施。在w%（Mg）>3%的高镁铝合金中Na的质量分数应控制在10×10-6以下，在生产中采取行之有效的措施，可以有效地降低合金中的钠质量分数，达到改善高镁铝合金钠脆性的目的。
参考文献：
[1]迟福全，王立娟，彭先亮.Na元素对铝合金铸造性能的影响[J].轻合金加工技术，2002，Vol.30，No8.
[2]任凤郁.降低钠含量改善铝合金铸造压延工艺性能[J].轻合金加工技术，1989.9.
论文作者:季显圣
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2017/12/29
标签：铝合金论文; 分数论文; 裂纹论文; 质量论文; 脆性论文; 合金论文; 倾向论文; 《基层建设》2017年第28期论文;