当熔融金属暴露在空气中时,氮气和氢气等气体会溶入其中,导致冷却后出现气孔、氮化物和氢化物等缺陷。这些缺陷会影响金属的结构完整性、密度和机械性能。为了缓解这种情况,需要使用专门的熔炉,如 可控气氛炉 或真空铸造炉用于创造一种环境,最大限度地减少气体污染,确保最终产品具有更高的纯度和性能。
要点说明:
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溶于熔融金属的气体
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氮气(N₂):
- 在高温下溶解,形成氮化物(如钢中的氮化铁)。
- 导致脆性并降低延展性。
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氢(H₂):
- 极易溶于熔融金属,冷却时会产生气孔(气泡)。
- 导致氢脆,削弱金属强度。
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氧(O₂):
- 虽然溶解度较低,但它会与金属反应形成氧化物(如氧化铝),产生夹杂物。
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氮气(N₂):
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溶解气体造成的缺陷
- 多孔性: 凝固过程中产生的气泡会降低密度和机械强度。
- 氮化物/氢化物: 形成脆性化合物,使金属容易开裂。
- 氧化物杂质: 非金属杂质会降低表面光洁度和抗疲劳性。
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缓解策略
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可控气氛炉:
- 用惰性气体(氩气、氦气)或还原气氛(氢氮混合物)代替空气,防止气体吸收。
- 这对于烧结或热处理等不希望发生气金属反应的工艺至关重要。
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真空熔炼/铸造:
- 去除所有大气气体,是高纯度合金(如航空航天部件)的理想选择。
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助焊剂/脱气:
- 化学助熔剂(如氯化物)吸收气体,真空脱气去除溶解的氢气。
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可控气氛炉:
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对特定行业的影响
- 铸造厂: 氢气产生的气孔需要 X 射线断层扫描等铸造后检查。
- 牙科/医用合金: 受控气氛可确保设备的生物相容性和精度。
- 高性能合金: 航空航天和汽车行业依赖真空炉来避免氮化物引起的故障。
通过了解这些相互作用,制造商可以选择合适的设备(例如 可控气氛炉 ) 和工艺,以最大限度地减少缺陷,确保最佳的材料性能。
汇总表:
气体 | 造成的缺陷 | 缓解策略 |
---|---|---|
氮 (N₂) | 氮化物、脆性 | 可控气氛炉 |
氢 (H₂) | 多孔性、脆性 | 真空熔化、脱气 |
氧 (O₂) | 氧化物夹杂物 | 助焊剂、惰性气体环境 |
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