气体精炼对铝电阻率影响的研究 - 文章

气体精炼对铝电阻率影响的研究

作者：高洪吾刘顺华周永江周文龙王桂芹李长茂

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摘　要　介绍了用Cl2,Ar,Ar-Cl2复合气体精炼对工业纯铝电阻率的影响，工艺合理可使电阻率下降0.5%～0.6%。对于含硼铝，用Ar-Cl2复合气体精炼，电阻率有所回升；而用Ar精炼，电阻率可降低0.2%～0.4%。
关键词：气体精炼　电阻率　铝

前　言

作为导电用的工业纯铝，其纯度越高，电阻率越低。我国的导电用铝电阻率一般约为2.90×10-8Ω.m，相当于59.45%的IACS(退火铜标准电导率)［1］。

铝液中气体主要是氢，约占气体总量的85%。由于氢在固体铝中的溶解度约为在液态中的1/20，因此当铝凝固时，溶解于其中的氢便会析出形成针孔。目前除氢的主要方法是气泡浮游法，较新型的除气方法如SNIF法(美国)、Alpur法(法国)、RDU法(英国)、PAL法(美国派洛公司澳大利亚分公司)、MINT法、DUT-89法(中国)等采用的都是气泡浮游法。［2～5］。

本文介绍利用双层叶片-底吹除气装置(试验室根据旋转喷头法的基本原理自行研制)，分别用Cl2，Ar，Ar-Cl2复合气体精炼试验，研究对比了其对工业纯铝(电工铝)电阻率的影响。

1　试验方法

试验所用的工业纯铝为Al99.7，由贵州铝厂提供，主要合金元素的质量分数为：0.17%的Fe,0.07%的Si,0.001%的Ga,99.7%的Al。试验所用双层叶片-底吹除气装置如图1所示。气体由通气管、喷头喷入铝液，同时电机带动叶片旋转从而起到切碎气泡的作用，并使细小气泡弥散地分布在熔池中，气泡呈螺旋式上升。净化处理完毕后，浇成φ48 mm×70 mm挤压锭。热挤成φ9.6 mm的铝杆。再冷拔成φ2.282 mm的丝，在20 ℃时用四探针测试法测其电阻率。

图1　叶轮-底吹除气装置示意图
Fig.1　Schematic of impeller-bottom blowing gas-removing aparatus
1.通气管　2.皮带　3.电机　4.支架　5.电炉　6.坩埚　7.转轴
8.叶轮　9.铝液　10.喷头

2　结果与讨论

试验分别考察了Cl2(99.995%)，Ar(99.99%)及Ar-Cl2复合气体精炼工艺对工业纯铝电阻率的影响。同时考察上述几种气体精炼对含B铝电阻率的影响。

2.1　Cl2精炼和Ar-Cl2复合气体精炼效果比较
试验工艺采用转速657 r/min；Cl2的流量为3 L/min，Ar-Cl2复合气体流量为［2.5(Ar)+0.5(Cl\-2)］ L/min。处理时间为4～5 min，处理温度为740℃左右(主要考虑接近工厂条件)。试验装置图见图1，坩埚深500 mm，直径φ200 mm。测试结果见表1。

表1　Cl₂与Ar-Cl₂复合气体精炼比较

炉号	使用气体	电阻率/10^-8 Ω^.m		下降率/%
炉号	使用气体	精炼前	精炼后	下降率/%
Y170	Cl₂	2.802 9	2.789 0	0.50
Y168	Cl₂	2.800 0	2.783 7	0.58
Y178	Ar-Cl₂	2.799 5	2.785 2	0.51
Y180	Ar-Cl₂	2.797 0	2.781 5	0.55

由于氢在固体铝和在液体铝中溶解度的差异，经常会出现针孔，这些针孔如果数量较多的话，将严重地割裂基体的连续性，减少了试样的有效截面积，因此会使其电阻率升高，同时也降低其力学性能。气体净化法即将惰性气体或氯气吹入铝液在液体中产生气泡，由于气泡中氢的分压低，氢原子将迁至气泡壁缔结为氢分子，并通过扩散进入气泡，随气泡上浮逸出液面。从试验室做的水模拟试验可知，自行研制的双层叶片-底吹除气装置具备旋转喷头法所能形成的优越的气泡动力学条件：喷入的气泡数量多、尺寸小，在熔池内均匀分布；气泡喷射速度快，在铝液中停留时间长；整个处理过程中，铝液表面比较平稳、降低表面的吸氢倾向。由表1可以看出，试验室研制的双层叶片-底吹除气装置具有较好的作用，当使用Cl2处理铝液时，其电阻率下降率同用Ar-Cl2复合气体处理基本相当，约为0.5%～0.6%。故可以用Ar-Cl2复合气体代替Cl2而减少对环境的污染。

2.2　Al-Cl2复合气体精炼对含B铝电阻率的影响

从研究中可知，对于工业纯铝，加入一定量的元素B后，其电阻率有明显的降低。为此对含B铝熔体进行了Ar-Cl2复合气体精炼处理，试验工艺同1节，试验结果见表2。

表2　Ar-Cl₂精炼对加B铝电阻率的影响

炉号	使用气体	电阻率/10^-8 Ω^.m		下降率/%
炉号	使用气体	精炼前	精炼后	下降率/%
Y190	Ar-Cl₂	2.827 0	2.834 7	-0.272
Y189	Ar-Cl₂	2.759 7	2.762 1	-0.087

由表2可知，当工业纯铝加入元素B后，再用Ar-Cl2复合气体精炼，其电阻率有所回升。据初步分析，有可能是Cl2能部分抵消元素B的有效作用。其原因及他们的作用机理还有待于进一步深入探讨研究。
2.3　Ar精炼对含B铝电阻率的影响
为了证实Cl2的不良影响，采用了纯Ar(纯度99.99%)精炼含B铝熔体，考察其电阻率的变化，试验条件同前，试验结果如表3所示。

表3　Ar精炼对加B铝电阻率的影响

炉号	使用气体	电阻率/10^-8Ω^.m		下降率/%
炉号	使用气体	精炼前	精炼后	下降率/%
Y192	Ar	2.765 6	2.754 4	0.405
Y191	Ar	2.765 3	2.759 5	0.210

由表3可知，当用纯Ar精炼含B铝熔体时，其含B铝电阻率呈下降趋势，没有回升，这也间接说明含Cl2气体精炼，对含B铝电阻率降低的不利影响。因此对含B工业纯铝，要谨慎使用含Cl2复合气体或精炼剂精炼。

3　结论

(1) 对于工业纯铝,用Cl2和用Ar-Cl2复合气体精炼，只要工艺合理，都有利于降低其电阻率，并且其电阻率下降率基本相当，约为0.5%～0.6%。
(2) 对于含B电工用铝(工业纯)，如用含Cl2气体精炼，其电阻率将有所回升，而用Ar等惰性气体精炼时，则可进一步降低其电阻率。
(3) 用Ar精炼含B铝熔体，有较好的去氢净化效果，从而使电阻率下降0.2%～0.4%，电阻率接近2.7544×10-8 Ω.m，相当于62.20%IACS，效果较为明显。

作者简介：高洪吾，女，1946年出生，副教授，大连理工大学铸造工程中心，大连市(116023)
作者单位：高洪吾　刘顺华　周永江　周文龙　王桂芹　李长茂　大连理工大学

参考文献
1　杨长贺，高钦.有色金属净化.大连：大连理工大学出版社，1989.
2　吉田政博.铝熔体的除气和过滤(1).孙明仁译.轻合金加工技术，1986(9)：14～20
3　Hicter J M.ALPUR Purifing Process. Rev.Alum.,1982(522):471～479
4　Szekely A G. The Removal of Solid Particles from Molten Aluminum in the Spinning Nozzle Inert Flotation Process.Metallurgical Transactions B.1976,7B(6):259～270
5　Hicter J M. Light Metals.New York.USA.Publication of the Metallurgical Society of ALME，1983.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/23/2005)


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