金属氧化膜对铝合金铸件质量的影响
“铸造”是一种液态金属成型工艺。 众所周知，液态金属在高温下会在大气中表面被氧化并产生氧化膜。
但长期以来，这种氧化膜对铝合金铸件质量的影响，基本上只考虑了熔融金属中非金属夹杂物的问题，并没有进行进一步的讨论。
英国伯明翰大学的J. Campbell基于多年的研究发现，折叠双膜从宏观和微观两个方面对铝合金铸件的质量有非常重要的影响。 坎贝尔等人。 相信对双膜的理解是最激动人心的发现。 目前，我们暂时将坎贝尔等人获得的初步结论和见解称为“双膜理论”。
液态铝合金所涉及的氧化膜夹层后，其对铸件质量的影响大致可分为两个方面：
一是宏观方面。 除了切割金属基体降低机械性能外，还会诱发气孔、收缩小等铸造缺陷；
另一个是微观方面，对铝硅合金中的晶粒尺寸、枝晶间距以及Na、Sr的改性效果有重要影响。
1、液态金属表面氧化膜的特性
分析氧化膜的特性，不能同时考虑其附着的金属母液的密度和熔点。 在钢铁方面，以铸钢件的生产为例。 钢水氧化产生的FeO，其熔点和密度远低于钢水，在高温下非常活跃，基本不可能单独存在。 FeO能与SiO2结合形成低熔点的FeO.SiO2，与钢中的硅、锰反应生成MnO和SiO2，再结合形成MnO.SiO2。 它还可以与钢中的碳反应生成CO，并且会有一小部分。 溶于钢水。 如果脱氧处理不当，或出钢后钢水二次氧化，会使钢中非金属夹杂物增多，或造成铸件表面气孔、夹渣等缺陷。 但是，在钢水表面产生的氧化物熔点低于钢水温度，只能堆积。 它们不能折叠成氧化膜夹层并悬浮在钢水中，因此不会出现氧化膜夹层引起的问题。 .
铝合金和镁合金的情况完全不同。 铝合金的简要说明如下：铝在液态时非常活泼，铝液表面很容易与大气中的氧气反应形成Al2O3薄膜。 Al2O3的熔点远高于液态铝合金，而且非常稳定。 Al2O3 的密度略高于熔融铝的密度。 因此，Al2O3薄膜容易悬浮在铝液中，不会从铝液中聚集分离。 当铝合金液受到扰动时，表面的Al2O3薄膜会折叠成夹层状并被拉入熔融金属中，造成铝合金许多特有的问题。
2、氧化膜夹层的形成及其危害
铝合金液在熔炼过程中、熔炉浇注时、变质处理时、高风速喷射净化时、浇注过程中都会受到强烈的扰动。 液态金属表面的扰动会拉动其表面的氧化膜，使其膨胀、折叠和破裂。 氧化膜断开处暴露的干净合金液表面会被氧化，产生新的氧化膜。 氧化膜的折叠会使面向大气一侧的干燥表面相互粘连，少量空气会包裹在两个干燥表面之间，成为“氧化膜三明治”。 氧化膜夹层很容易卷入熔融金属中，在受到扰动的熔融金属的作用下会被挤压成小团块。
由于Al2O3的熔点比铝合金液的温度高出一千多摄氏度，而且具有高度的化学稳定性，小团簇不会熔合，不会溶解在铝合金中。 虽然Al2O3的密度略高于铝合金液，但包裹在空气中的氧化膜夹层的密度与铝合金液比较接近。 因此，除了在大型保温炉中长期放置氧化膜夹层有下沉的可能性外，在一般铸造生产条件下，它会更稳定地悬浮在铝合金液中。 有悬浮氧化膜夹层的铝合金液，再次受到扰动时，会产生更多的氧化膜夹层。 在铸件生产过程中，合金的冶炼、出炉浇注、变质处理、净化处理、浇注等操作都会对铝合金液产生强烈的扰动。 铝合金液除了保留原有的氧化膜夹层外，还会造成再次扰动，不断添加新的氧化膜夹层。 因此，进入型腔的熔融金属含有大量微小的氧化膜夹层。 熔融金属充满型腔后，处于静止状态，被挤压成簇状的氧化膜夹层会逐渐拉伸成小块。 熔融金属冷却到液相线以下后，枝晶的形核和生长也是促使被挤压成团块的氧化膜夹层拉伸的因素。
铸件凝固后，大量的小片状氧化膜夹层本身就是小裂纹，起到切割金属基体的作用。 当然，合金的力学性能会降低，但更有害的是诱发气孔和小缩孔。 随着液态金属的温度逐渐降低，氢气在熔融金属中的溶解度不断降低，但氢气很难以气孔的形式从液态金属中析出。 当在均相液相中产生另一种新相（气相）时，它总是先由少数原子或分子聚集而成，体积很小。 这种微小的新相具有非常大的比表面积（即单位体积的表面积）。 为了产生一个新的界面，需要在它上面做一些工作。 这是新相的界面能，即其表面积和表面张力。 的产物。 在铝合金液冷却过程中获得如此大量的能量实际上是不可能的。 即便是新相的核心产生了，也需要大量的能量才能长大，只有当新相的大小超过某个临界值时，才有可能长大。 尺寸小于临界值的新相的核心无法长大，只会自行消失。 理论上，气相很难在液相中成核和长大。 实际上。 如果没有其他诱发因素，在氢含量基本正常的情况下，均匀的铝合金不可能因为析出氢而产生气孔。
当熔融金属中含有大量悬浮氧化膜夹层时，情况就大不相同了。 大部分氧化膜夹层被少量空气覆盖。 当金属液温度降低，氢在其中的溶解度降低时，氧化膜夹层中的小气泡对氢气是真空的，溶解在金属液中的氢会向气泡移动。 介质扩散非常方便。 氢气扩散到小气泡中，使氧化膜夹层膨胀，并在铸件中产生气孔。 如果铝合金液的净化处理好，金属液中的氢含量很低，铸件中就会出现很少的气孔。 但是，如果金属熔液中没有氧化膜夹层，即使金属熔液中的氢含量很高，在凝固过程中氢也只能以过饱和状态溶解在合金中，不可能产生气孔。 如果铸件的补料条件不好，在凝固和收缩过程中就会出现缩孔。 由于氧化膜的夹层是中空的，很容易拉开，而且氧化膜的夹层多形成了缩孔。 在这种情况下，溶解在熔融金属中的氢也会扩散到其中，导致气孔扩大。
综上所述，可以认为对于铝合金铸件来说，氧化膜夹层是造成材料力学性能劣化和铸件针孔、气孔缺陷的主要原因。 为了提高材料的力学性能和增加铸件的致密度，采取措施消除氧化膜夹层比加强脱气净化操作更重要。
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