(3)情性气体除气
用钢管将氮气、氩气等通入金属熔体时,气泡内的氢气分压为零,而溶于气泡附近熔体中的氢气分压远大于零,基于氢气在气泡内外分压之差,使溶于熔体中的氢不断向气泡扩散,并随着气泡的上升和逸出而排除到大气中,达到除气目的。
气泡越小,数量越多,对除气越有益。由于气泡上浮的速度快,通过熔体的时间短,且气泡不可能均匀地分布于整个熔体中,故用此法除气不容易彻底;随着熔体中含氢量的减少,除气效果显著降低。为提高除气精炼效果,应控制气体的纯度。研究表明精炼气体中氧含量不得超过0.03%(体积分数),水分不得超过3.0g/L。若氮气中氧含量为0.5%和1%,除气效果分别下降40%和90%。
(4)真空除气
真空熔炼主要具有以下特点:①可以避免合金元素的氧化损失和吸气,而且为熔体中气体的析出创造了良好条件;②熔体免受污染,在某种程度上可以提高纯度,有利于获得纯度比较高的金属及合金;③有利于提高材料的某些物理或力学性能。
小型真空感应电炉通常采用石墨质材料制造的坩埚炉衬,可以免受其他耐火材料对熔体的污染,同时也可充分利用碳的良好脱氧作用。真空熔炼的主要缺点是可以造成某些沸点比较低、蒸气压力较高的合金元素的大量挥发损失。因此,出现了先抽真空然后向熔室中充以某种惰性气体,例如充氩气的熔炼方式。
真空熔炼炉的炉体多和真空铸造装置安装在同一真空室中,受设备能力限制适合于小批量生产某些纯度比较高,或者某些高铜合金、铜镍合金。真空条件下熔池表面的气压极低,原溶于铜液中的氢等气体容易逸出。真空除气的除气速度和程度较高,活性难熔金属及其合金、耐热及精密合金等,采用真空熔铸法除气效果更好。
3、脱氧精炼
(1)扩散脱氧
表面脱氧剂的脱氧反应主要在熔池表面进行,内部熔体的脱氧主要是靠氧化亚铜不断向熔池表面扩散的作用实现。氧化亚铜的密度比铜小,易于向熔池表面浮动。熔池表面的氧化亚铜不断被还原,浓度不断降低,浓度差作用的结果使熔池内部氧化亚铜不断上浮。铜液在木炭覆盖下,温度为1200℃,保持时间20min,铜液中氧化亚铜的含量可由原来的0.7%下降到0.5%。木炭的脱氧反应是 :2Cu2O+C=4Cu+CO2
除了木炭以外,还可以用某些密度远小于铜的可还原氧化亚铜的熔剂,例如硼化镁(Mg3B2)、碳化钙(CaC2)、硼渣(Na2B1O·MgO)等作表面脱氧剂。
(2)沉淀脱氧
铜及铜合金常用的沉淀脱氧剂有磷、硅、锰、铝、镁、钙、钛、锂等,脱氧结果形成气态、液态或固态生成物。主要反应式如下