(3)情性氣體除氣
用鋼管將氮氣、氬氣等通入金屬熔體時,氣泡內(nèi)的氫氣分壓為零,而溶于氣泡附近熔體中的氫氣分壓遠大于零,基于氫氣在氣泡內(nèi)外分壓之差,使溶于熔體中的氫不斷向氣泡擴散,并隨著氣泡的上升和逸出而排除到大氣中,達到除氣目的。
氣泡越小,數(shù)量越多,對除氣越有益。由于氣泡上浮的速度快,通過熔體的時間短,且氣泡不可能均勻地分布于整個熔體中,故用此法除氣不容易徹底;隨著熔體中含氫量的減少,除氣效果顯著降低。為提高除氣精煉效果,應控制氣體的純度。研究表明精煉氣體中氧含量不得超過0.03%(體積分數(shù)),水分不得超過3.0g/L。若氮氣中氧含量為0.5%和1%,除氣效果分別下降40%和90%。
(4)真空除氣
真空熔煉主要具有以下特點:①可以避免合金元素的氧化損失和吸氣,而且為熔體中氣體的析出創(chuàng)造了良好條件;②熔體免受污染,在某種程度上可以提高純度,有利于獲得純度比較高的金屬及合金;③有利于提高材料的某些物理或力學性能。
小型真空感應電爐通常采用石墨質(zhì)材料制造的坩堝爐襯,可以免受其他耐火材料對熔體的污染,同時也可充分利用碳的良好脫氧作用。真空熔煉的主要缺點是可以造成某些沸點比較低、蒸氣壓力較高的合金元素的大量揮發(fā)損失。因此,出現(xiàn)了先抽真空然后向熔室中充以某種惰性氣體,例如充氬氣的熔煉方式。
真空熔煉爐的爐體多和真空鑄造裝置安裝在同一真空室中,受設(shè)備能力限制適合于小批量生產(chǎn)某些純度比較高,或者某些高銅合金、銅鎳合金。真空條件下熔池表面的氣壓極低,原溶于銅液中的氫等氣體容易逸出。真空除氣的除氣速度和程度較高,活性難熔金屬及其合金、耐熱及精密合金等,采用真空熔鑄法除氣效果更好。
3、脫氧精煉
(1)擴散脫氧
表面脫氧劑的脫氧反應主要在熔池表面進行,內(nèi)部熔體的脫氧主要是靠氧化亞銅不斷向熔池表面擴散的作用實現(xiàn)。氧化亞銅的密度比銅小,易于向熔池表面浮動。熔池表面的氧化亞銅不斷被還原,濃度不斷降低,濃度差作用的結(jié)果使熔池內(nèi)部氧化亞銅不斷上浮。銅液在木炭覆蓋下,溫度為1200℃,保持時間20min,銅液中氧化亞銅的含量可由原來的0.7%下降到0.5%。木炭的脫氧反應是 :2Cu2O+C=4Cu+CO2
除了木炭以外,還可以用某些密度遠小于銅的可還原氧化亞銅的熔劑,例如硼化鎂(Mg3B2)、碳化鈣(CaC2)、硼渣(Na2B1O·MgO)等作表面脫氧劑。
(2)沉淀脫氧
銅及銅合金常用的沉淀脫氧劑有磷、硅、錳、鋁、鎂、鈣、鈦、鋰等,脫氧結(jié)果形成氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)生成物。主要反應式如下
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