大型铝合金熔炼炉由于其节能、高效,在铝合金的铸造生产中被普遍使用,炉衬大多使用铝硅质浇注料整体浇注。本文通过试验,研究分析H3BO3加入量对熔铝炉用铝硅质浇注料抗侵蚀性能的影响:
坩埚试样经混料、振动成型、养护、干燥后,放入马弗炉中℃×3h烧后,坩埚内放置#铝合金约g,放入马弗炉内在℃下保温72h,后沿坩埚轴线切开,观察并比较各式样的侵蚀情况,结果如图1所示,试样的侵蚀率如表1所示。
1、外观分析
从图1中可以看出,浇注料被铝液侵蚀/渗透后变为黑色,侵蚀部分气孔被铝熔液填充后变得更致密。加入H3BO3以后,坩埚试样的抗侵蚀性能明显提高,当H3BO3加入量为0.05%时,侵蚀率由28.67%降低到13.24%;当H3BO3加入量≥0.1%时,坩埚试样均无肉眼可见的侵蚀。
2、显微结构及物相分析
图2为H3BO3加入量对0℃处理后试样的物相组成的影响。从图中可以看出,H3BO3的加入对试样的物相组成没有太大的影响,各式样的主晶相均为刚玉,含有少量莫来石。
图3为H3BO3加入量对0℃处理后试样显微结构的影响。可以看出,当H3BO3加入量为0和0.05%时,如图3(a)和(b),试样显微结构中多为粒度较小的刚玉颗粒,且颗粒间边界清晰;随着H3BO3加入量的增加(1%和2%),如图3(c)和(d),刚玉颗粒间的孔隙被玻璃相连续填充,边界模糊,气孔数量减少。B2试样经0℃处理后(图3(d)),颗粒在玻璃相的作用下已经完全粘连在一起,导致试样收缩开裂。
有研究发现,B2O3在℃左右与Al2O3形成不一致熔融化合物2Al2O3·B2O3,该化合物在℃熔融分解,生成液相和一致熔融化合物9Al2O3·2B2O3,即硼酸在温度高于℃时能够促进试样的烧结。
通过试验可知,熔铝炉用铝硅质耐火浇注料中,H3BO3加入量较小(0.05%)时,试样的抗侵蚀效果不好;H3BO3加入量较大(0.2%)时,0℃处理后试样表面有明显裂纹产生,使用温度下液相量较多,影响试样的强度和使用寿命。因此,H3BO3最佳加入量为0.1%,最佳处理温度为℃。