4月25日，在SMM主办的2024 SMM（第十九届）铝业大会暨首届铝产业博览会-铝熔铸技术论坛上，清华大学 材料学院教授 李建国讲述了“铝合金化与净化时的内在关系”的话题。

熔炼时要回答与解决的主要问题

作为铝熔体，其主要问题本质上都可归结为“四化”问题：

1. 合金化；2. 净化（精炼）；3. 细化（预处理）；4. 均匀化。

合金化与净化（精炼）时的内在关系

合金化的主要内涵

0. 添加什么元素、添加多少元素合金化（Fe、Si、Cu、Mg、Mn、Zn、Li、RE、Zr、Sc、……）

1. 添加元素以什么状态加入（纯金属? 金属熔剂? 中间合金? ）

2. 在什么时候加入（如 Mg、Sr、Be）（如：精炼前加？精炼后加？）

3. 在什么地方加入（如 Mg、…… ）

4. 如何加入（如 Mg、Sr、Be ）

精炼内容与目的：

1. 除气（主要是除氢）

2. 除去不需要的元素（如 Na、Li、 Ca、……）

3. 除去各种夹杂物（二元的、三元的、多元的、特别复杂的夹杂物）

合金化与净化时的内在关系—以添加镁元素合金化为例

1. 添加元素以什么状态加入？（纯金属? 金属熔剂? 中间合金? ）

绝大部分情况下以纯镁锭加入；少数情况下以铝-镁中间合金加入

2. 在什么时候加入？（例如：精炼前？精炼后？）

例如：是精炼前加 Mg 还是精炼后加 Mg ？

3. 在什么地方加入？（如对于Mg）

例如：在熔化炉里加 Mg 还是在保温炉里加 Mg ？

即使在熔化炉里将 γ-Al2O₃精炼干净后，那么在倒炉后、在保温炉中还会新生很多氧化夹杂物，因此也应该在保温精炼操作结束后再补充镁。

4. 如何加入？（加入方法也很重要）

例如：如何加入 Mg？

即使在保温炉里将 γ-Al2O₃精炼干净后，那么如果加镁方法不当、那么在保温炉中还会新生很多 γ-MgAl₂O₄ 夹杂物。

5. 用一个具体例子（3104合金）说明

合金成分与原料构成情况如下：

以熔炼路线1为例，采用高纯铝为主要原料制备的3104铝合金的显微组织，此时γ-MgAl₂O₄ 夹杂物比较少，形貌为黑色膜状。

从熔炼路线2来看，采用优质工业纯铝制备的3104铝合金的显微组织，此时γ-MgAl₂O₄ 夹杂物尺寸比较大，形貌为加厚的或分层的黑色膜状或片状。

从熔炼路线3来看，添加铝箔的3104铝合金的微观组织（Mg与铝箔同时加入），精炼前加镁，即使经过后续精炼后，组织中仍然存在大量黑色膜状γ-MgAl₂O；

从熔炼路线4来看，添加铝箔的3104铝合金的微观组织（先加铝箔，再精炼，最后加入Mg），精炼后加镁，组织中黑色膜状γ-MgAl₂O₄几乎消失。

其它主要合金化元素：

1. Fe、Si、Cu、Mn、Zn；

2. 除去Mn以外，其它元素合金化时与精炼存在着复杂的关系；

3. 原则上是要预先防止形成各种三元的、多元的、特别复杂的夹杂物，否则有的氧化夹杂物很难除掉。

结论

1. 熔炼时铝的合金化与净化（精炼）是有密切的内在关系的；

2. 合金化与净化（精炼）操作的先后顺序是很重要的质量影响因素；

3. 先精炼、然后合金化、再精炼是比较好的熔体质量保障措施。