Al2O3含量对浇注料抗铝合金侵蚀性能的影响-找耐火材料网

Al2O3含量对浇注料抗铝合金侵蚀性能的影响

发布日期： 2020-03-03 11:39:43 阅读量（375）作者：张红

铝合金液侵蚀耐火材料，首先发生物理渗透，铝合金液沿耐火材料开口气孔或粒子边界进入耐火材料内部填充气孔，此过程一般不会造成耐火材料体积变化;接着铝合金液与耐火材料发生化学反应，导致材料的成分、物相和结构发生改变，同时伴随体积变化。

1、外观分析

通过对4种浇注料坩埚试样经850℃×72h侵蚀实验后的剖面照片见图1，侵蚀率如表1所示。由此可以看出：铝硅系浇注料被铝液侵蚀/渗透后变为黑色，侵蚀部分气孔被填充后变得更致密。M85试样仅有底部及两侧下部有约5mm厚的反应层，侵蚀率为5.1%，抗侵蚀性能最好;而气孔率高的M75和M60试样侵蚀最严重，侵蚀率超过20%，抗侵蚀性能最差，是前者的4-5倍，M45试样由于气孔率最低，抗侵蚀性居中。

30(a)M85(b)M75(c)M60(d)M45

图1 经850℃×72h侵蚀实验后坩埚截面照片

表1 坩埚的侵蚀率(%)

2、显微结构

M75坩埚试样侵蚀部分(黑色)和未侵蚀部分的XRD分析如图2 所示。可以看出，试样未侵蚀的部分主晶相为刚玉和莫来石，侵蚀区域的主晶相为刚玉、金属Al以及少量单质Si，表明在850℃下金属Al侵入耐火材料中，将其中的部分SiO2还原成Si，发生以下反应：

根据文献研究，850℃时，反应(1)的吉布斯自由能变化ΔG=-509.6KJ/mol，体积变化ΔV=-35%，反应(2)的吉布斯自由能变化ΔG=-986.4KJ/mol，体积变化ΔV=-18%。而采用HSC软件计算，得到式(1)的体积变化理论值为-20%，可见耐火材料发生上述反应同时伴随较大体积收缩，会造成材料开裂损毁，加上铝合金熔炼炉为间歇式工作，急冷急热过程中炉衬产生裂纹，铝合金液沿裂缝渗入产生进一步侵蚀，加速炉衬的损毁，而生成的Si也影响铝合金液的成分。因此，SiO2含量少的材料，上述反应的负作用就小。而显气孔率越高(如试样M75和M60)，铝合金液越容易渗透到耐火材料中。由此表明，耐火材料的抗侵蚀性与Al2O3含量和显气孔率的高低密切相关。而M75和M60试样虽然Al2O3含量高于M45，但由于M45结构比前者致密，因而其抗侵蚀性能优于M75和M60试样。