Na是铝熔体中的微量元素之一，其含量对铝合金铸造、加工性能影响很大。对共晶型Al－Si合 金来说，Na能抑制晶粒长大，是良好的变质剂，但对其它铝合金却带来不利影响，如使合金的粘 度变大，铸造拉裂倾向上升，使Mg质量分数在３％以上的铝合金裂纹倾向增加等。笔者分析了N a对Al－Si系以外铝合金的影响。１Na盐与铝熔体的反应１．１NaCl与铝熔体的反应３ NaCl＋Al→AlCl３＋３Na反应生成Na的可能性很小，可忽略不计。１．２Na３A lF６热解离Na３AlF６３Na＋＋AlF６３－试验证明Na３AlF６在１０００℃时， 离解度只有１５％，用热力学方法得出Na３AlF６的热解离度在１３００℃仅为５．８％，说 明Na３AlF６在熔融状态下能部分热电离。１．３NaF与铝熔体的反应３NaF＋Al＝３ Na＋AlF３反应向右进行，它的反应程度是所有含Na盐中最大的，NaF几乎１００％参与 反应。２Na的来源２．１Na盐对Al－Si系合金变质处理后炉内的残余Na在这种情况下的 Na含量很高。用含Na盐对Al－Si系合金变质处理时，Na盐组成一般为（４０％～６０％ ）NaF＋（７％～１５％）Na３AlF６＋（１２％～１６％）NaCl＋其它盐（括号中数 字为质量分数，下同），其用量一般为炉料总量的０．４％～０．８％。连续生产几炉或几十炉后 ，大量的Na盐渗到炉墙、炉底，其后即使洗炉，也不能完全除去砖缝中的Na，使后续生产其它 铝合金时Na含量偏高，一般可达（３０～４０）×１０－６（质量分数，下同）。２．２含Na 精炼剂含Na精炼剂一般含Na３AlF６、NaCl、KCl或含少量NaF。它的影响有两种 情况，一种是用粉状精炼剂覆盖、精炼除渣时带入的Na，这种情况下Na含量一般上升（１０～ ２０）×１０－６，另一种是导炉时用熔剂块叠坝时带入的Na，一般Na可上升（２０～３０） ×１０－６。２．３含Na覆盖剂覆盖剂的组成一般为NaCl、KCl，如１．１所述，其影响 可忽略不计。２．４原材料中的Na铝锭中都含有一定量的Na。生产中抽样检验表明，由于生产 厂家不同，铝锭中Na含量也不同，一般为（５～８）×１０－６，但也有个别厂家生产的铝锭N a含量达到２３×１０－６。废料中的Na含量由于合金中Mg含量及重熔次数不同有所不同。M g含量在３％以上时，由于采用无Na熔剂精炼，其Na含量较低，一般小于１０×１０－６。M g含量小于３％的废料，随重熔次数增加，Na含量也随之上升，但一般不超过３０×１０－６（ 使用Na盐变质过的Al－Si系合金除外）。２．５Na的烧损如２．４所述，原材料中Na含 量高，但生产实际中Na质量分数一般不超过３０×１０－６，这是因为在熔炼转注过程中，Na 发生了氧化，损失了一部分Na。合金中Na含量不同，其烧损程度也不一样。铝锭中Na的烧损 一般为（２～３）×１０－６。３Na对铝合金铸造及加工性能的影响３．１合金粘度增大，铸造 拉裂倾向增加熔体中Na含量高，尤其是在用Na盐变质处理后，炉内残存Na含量高，使铝合金 粘度变大，严重恶化铝合金铸造性能，尤其在生产流动性差的铝合金或小规格圆锭时，拉裂倾向非 常大，图１是在Na盐变质处理后的熔炉内生产６０６３合金φ１６２mm铸锭的表面质量。这是 因为熔体中Na含量高时，合金粘度变大，尤其在生产熔体中氧化膜相对较多的合金制品时，Na 盐与氧化膜结合，其粘度更大。３．２裂纹倾向严重３．２．１裂纹形式在含w（Mg）＝３％以 上的铝合金及w（Mg）＞２．７％的高锌铝合金中，随熔体中Na含量升高，裂纹倾向十分严重 ，表现为铸造时的热裂纹及轧制时的边部裂纹。Na元素的这种有害作用叫钠脆性。生产中由于N a含量高引起的裂纹如图２所示。图２（a）中，裂纹走向曲折，断口呈黄褐色，属于沿晶裂纹， 是典型的热裂纹，这种情况一般Na质量分数高达１６×１０－６以上，图２（b）中，铸造过程 中没有产生裂纹，在其后的轧制过种中产生裂纹，这种情况下Na质量分数一般在１０×１０－６ 以上。３．２．２Na含量对裂纹倾向的影响生产中取３００炉５０８３铝合金，研究Na含量对 裂纹倾向的影响，见图３。可见，随着合金中Na含量升高，裂纹倾向增大，尤其当w（Na）＞ １０×１０－６时，裂纹倾向显著上升。３．２．３对高倍组织的影响５０８３铝合金高倍组织见 图４和表２。Na含量高时，枝晶晶界处不连续，球状质点多、密集，而在Na含量低时，枝晶晶 界处质点分散稀少。可见，随Na含量的升高，第二相体积分数变大。３．２．４钠脆性原因分析 Na含量高时，Na游离在枝晶晶界处，使合金脆性增加。铝合金中的Mg置换NaAlSi化合 物中的Na，使其呈游离状态，反应式为：NaAlSi＋Mg→Mg２Si＋Na（游离）＋A l游离出的Na在晶界上形成不连续的脆性球状质点，增加了合金的热脆性。当Na或Mg含量低 时，上述置换反应虽然发生，但置换出的游离Na少，而且比较分散，对热裂纹影响不大。所有合 金在固相线温度以上的固液区内，都存在一个强度和伸长率低的脆性区，在这个区间内，由于应图 ４Na对５０８３铝合金高倍组织的影响（a）w（Na），１３×１０－６；（b）w（Na） ，５×１０－６w（Na）/×１０－６晶粒尺寸/μm枝晶间距/μm第二相体积分数/％１３ ２５８．１１４５．７３．９５２０５．５５１２７．０４８２．９表２不同Na含量的５０８３ 铝合金高倍组织数据（下转第２０页）力而引起的变形超过了金属的塑性，就会导致裂纹产生。而 Na的存在，使晶间液层变薄，扩大了合金的脆性温度区间，使脆性区塑性差，裂纹倾向增加。游 离Na的这种有害作用，随Mg含量增加而显得更为突出。随着Na含量升高，这种影响更为明显 ，因此必须降低Na含量，使其以间断、分散、稀少的小质点形式存在，以降低合金的脆性。４防 止Na有害影响的措施根据多年生产实践，在w（Mg）＞３％的Al－Mg系合金中Na质量分 数控制在１０×１０－６以下；在w（Mg）＞２．７％的高锌铝合金中，Na质量分数控制在２ ０×１０－６以下；其它合金中，Na质量分数控制在３０×１０－６以下。为了抑制Na对高镁 铝合金裂纹倾向的影响，生产中采取以下措施。（１）对w（Mg）＞３％的Al－Mg系合金， 以及含w（Mg）＞２．７％的Al－Zn－Mg－Cu系合金，禁止使用含Na熔剂。使用Mg Cl２、BaCl２、KCl等熔剂，防止杂质Na进入熔体。（２）采用除Na精炼工艺，即采 用N２－Cl２、Ar－Cl２混合气体或纯Cl２精炼铝熔体，反应式为：３Cl２＋２Al＝ ２AlCl３２Na＋Cl２＝２NaCl３Na＋AlCl３＝Al＋３NaCl（３）合金化 除Na，对w（Mg）＞８％的Al－Mg系合金，除了尽量减少Na的含量外，通常还向合金中 加入少量的锑（０．００７％～０．０２％），使锑与钠生成一种难熔化合物，从而避免Na的危 害。但锑的加入量不能太多，否则会在铝合金中形成大量的含锑化合物，一般锑的加入量为０．０ １％～０．０１５％。５结束语在w（Mg）＞３％的Al－Mg系合金中，Na含量应控制在１ ０×１０－６以下，在熔铸过程中应尽量减少Na的含量，采取除Na措施。在w（Mg）＞２． ７％的Al－Zn－Mg－Cu系合金中，Na含量应控制在２０×１０－６以下。在其它合金中（除Al－Si系之外），Na含量一般控制在３０×１０－６，以防止铝合金粘度增大，引起铸造拉裂等缺陷。Na元素对铝合金铸造性能的影响@迟福全$东北轻合金有限责任公司!黑龙江哈尔滨150060
@王立娟$东北轻合金有限责任公司!黑龙江哈尔滨150060
@彭先亮$东北轻合金有限责任公司!黑龙江哈尔滨150060铝合金;;钠脆性;;粘度;;裂 纹介绍了铝熔体中Na的来源,分析了元素Na对铝合金铸造及加工性能的影响,确定了合理的N a含量范围。８．１１４５．７３．９５２０５．５５１２７．０４８２．９表２不同Na含量的 ５０８３铝合金高倍组织数据（下转第２０页）力而引起的变形超过了金属的塑性，就会导致裂纹 产生。而Na的存在，使晶间液层变薄，扩大了合金的脆性温度区间，使脆性区塑性差，裂纹倾向 增加。游离Na的这种有害作用，随Mg含量增加而显得更为突出。随着Na含量升高，这种影响 更为明显，因此必须降低Na含量，使其以间断、分散、稀少的小质点形式存在，以降低合金的脆 性。４防止Na有害影响的措施根据多年生产实践，在w（Mg）＞３％的Al－Mg系合金中N a质量分数控制在１０×１０－６以下；在w（Mg）＞２．７％的高锌铝合金中，Na质量分数 控制在２０×１０－６以下；其它合金中，Na质量分数控制在３０×１０－６以下。为了抑制N a对高镁铝合金裂纹倾向的影响，生产中采取以下措施。（１）对w（Mg）＞３％的Al－Mg 系合金，以及含w（Mg）＞２．７％的Al－Zn－Mg－Cu系合金，禁止使用含Na熔剂。 使用MgCl２、BaCl２、KCl等熔剂，防止杂质Na进入熔体。（２）采用除Na精炼工 艺，即采用N２－Cl２、Ar－Cl２混合气体或纯Cl２精炼铝熔体，反应式为：３Cl２＋ ２Al＝２AlCl３２Na＋Cl２＝２NaCl３Na＋AlCl３＝Al＋３NaCl（３ ）合金化除Na，对w（Mg）＞８％的Al－Mg系合金，除了尽量减少Na的含量外，通常还 向合金中加入少量的锑（０．００７％～０．０２％），使锑与钠生成一种难熔化合物，从而避免 Na的危害。但锑的加入量不能太多，否则会在铝合金中形成大量的含锑化合物，一般锑的加入量 为０．０１％～０．０１５％。５结束语在w（Mg）＞３％的Al－Mg系合金中，Na含量应 控制在１０×１０－６以下，在熔铸过程中应尽量减少Na的含量，采取除Na措施。在w（Mg）＞２．７％的Al－Zn－Mg－Cu系合金中，Na含量应控制在２０×１０－６
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