[发明专利]用固态质子导体对铝或铝合金熔体脱氢的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对铝或铝合金熔体脱氢的方法及其装置，具体涉及用固态质子导体对铝或铝合金熔体脱氢的方法及装置。

背景技术

氢是铝中的有害杂质。熔融铝和铝合金中的氢在熔体凝固时溶解度急剧下降，以氢分子形式析出，使铝材形成气孔，组织疏松、白点等缺陷，并且使制品的强度、塑性、冲击韧性及断裂韧性降低，造成严重后果。为此，对铝及铝合金进行脱氢是铝和铝合金生产中必须解决的问题。

目前，通用的铝及铝合金脱氢技术是向铝液中吹入惰性气体Ar气，携带脱氢后，再用N₂-Cl₂、Ar-Cl₂、N₂-Cl₂-CO或固体氯化物脱氢。这种处理会产生大量有害气体，造成环境污染，损害人体健康。

国际上对高质量要求的铝及铝合金熔体脱氢，主要是采用真空脱气法，这种方法所需设备庞大、复杂、生产成本高。

1981～1988，日本H·Iwahara等相继报导了，以通式为ABO₃(A代表Ca、Sr、Ba等+2价阳离子，B代表Ce⁴⁺，Zr⁴⁺等+4价阳离子，O代表O^2-阴离子)的氧化物，经过用+3价稀土元素或In³⁺等+3价阳离子的氧化物掺杂后，产生氧缺陷，可表示为AB_1-XM_XO_3-a(X表示掺杂元素形成氧化物固溶体的范围，X＝0.05～0.25，a表示复合氧化物单位晶胞中氧离子的空位数)，这类化合物在约300～1000℃于含氢或水蒸气介质中产生H+离子，而呈质子导电性。这些材料可应用于燃料电池，氢传感器及氢气分离等。但尚未见应用于金属熔体中的脱氢报导。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用固态质子导体对铝或铝合金熔体脱氢的方法及其装置，对铝液进行有效的脱氢，氢含量达到＜0.15ml/100gAl，对高强铝合金达到氢含量＜0.12ml/100gAl，本发明工艺、设备简单，操作方便，不污染环境，投资少，容易实现工业化生产。

本发明用固态质子导体对铝或铝合金熔体脱氢的方法，按如下步骤进行：

(1)将包括有质子导体组成的抽氢装置与氢传感器，先置于铝熔体上方，预热后，插入铝熔体中；

(2)控制铝熔体温度为750～800℃，搅拌条件下采用短路脱氢或先采用短路脱氢，后结合气流携带或真空抽出脱氢或采用外加电压进行脱氢。

上面所指的采用先短路脱氢，后结合气流携带或真空抽出脱氢，是将包括质子导体组成的脱氢器，插入铝熔体或铝合金熔体后，接通短路开关，使电极引线和熔体形成短路脱氢，再向质子导体管通氧气或氩气携带脱氢或采用抽真空脱氢。

铝或铝合金熔体中氢含量变化是用插入熔体中的氢传感器跟踪检测氢含量变化。

采用外加电压进行脱氢是在铝或铝合金熔体中浓度较低时，采用逐渐增加外加电压0.5～1.5V进行脱氢。

本发明脱氢过程中，搅拌可以采用电磁搅拌或铝或铝合金熔体流动方式。

本发明用固态质子导体对铝或铝合金熔体脱氢的装置，其构成包括熔铝槽、加热炉、温控热电偶、测氢传感器，特征是装置的构成还包括抽氢装置，它由一个一端有开口的质子导体管，在质子导体管开口端与一个刚玉管的一端连接，刚玉管的另一端与一个金属管连接，在以上组装的管内，装配有一个外套刚玉管的电极引线，与外套刚玉管的另一根电极引线分别与外接电源开关连接而组成；质子导体管至少由一根组成。

上述的质子导体管与刚玉管、刚玉管与金属管之间，均采用高温水泥连接和密封。

上述金属管上部侧壁上有一个用于抽真空或通氩气或氧气的开口，金属管的上端有一个出气口。