[发明专利]改进的熔融铝和熔融铝合金的过滤方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年6月16日提交的、暂定申请号61/061,722的未决美国专利的优先权。

技术领域

本发明涉及一种熔融铝和铝合金的过滤方法，具体涉及一种使过滤器空穴里的氧分压保持在能使构成陶瓷过滤器的氧化物与铝或铝合金之间的反应变得温和的熔融铝和铝合金的过滤方法。

背景技术

熔融金属的过滤是工业中的常规操作。尤其是用网状泡沫过滤器过滤熔融铝的技术已在本领域广泛使用。众所周知，过滤器材料的耐熔性和化学稳定性是有效截留其夹杂颗粒物和避免反应产物从过滤器材料中排放到熔融金属中而形成污染物的重要因素。

使用粘结相的铝聚集粒的网状泡沫过滤器已广泛用于铝和铝合金的过滤。广泛采用正磷酸铝的例子是U.S.Pat.Nos.3,947,363、3,962,081和4,343,704。但是，本领域普遍认为磷酸铝，特别是采用含镁的铝合金时，其抗化学侵蚀性较差。使用过程中，镁会浸蚀粒间区域，导致铝粒变软并作为夹杂物排出。众所周知，软化会削弱网状泡沫结构的强度，而以正磷酸铝为基材的过滤器的另一个问题是潜在的环境问题，这是因为用过的过滤器会生成磷化氢气体。

U.S专利号4,610,832公开了采用水合氧化铝粘结体系制成的高纯度烧结铝过滤器。这些过滤器表现出良好的抗镁化学腐蚀性，但是，由于高活性级别的铝价格昂贵以及烧结温度太高使这些过滤器因经济原因而在许多工艺中不能使用。

除了上述问题，磷酸盐粘结型和烧结型的铝过滤器，由于它们的热膨胀性和压缩模量(compressive modulus)太高而具有较差的热力学性能。

希望用二氧化硅作为耐熔泡沫材料，这是因为其价格便宜，易于加工。并且二氧化硅的热膨胀性和压缩模量也很低。但是，它与熔融的铝合金，特别是与含镁的合金，其反应性却很高。

图1为Ellingham自由能图，该图中形成氧化物的自由能表示为温度的函数。铝和镁的自由能远低于硅。因此，无论是网状泡沫过滤器的粒状材料还是粘结相中，未保护的二氧化硅随时都会被铝和镁侵蚀。本领域普遍认为过滤铝、镁或它们的合金时应当避免使用二氧化硅。然而，将硅排除在外是很不合适的，最主要的原因是其原料成本很低，并且其具有改进的热学特性和机械特性。而且含二氧化硅材料具有相对低的热膨胀性和压缩模量。广泛可得的二氧化硅材料包括莫来石、蓝晶石、融合二氧化硅、硅酸钙、硅酸镁、堇青石(cordierite)以及锂铝硅酸盐。

可以使用硼玻璃来提高富含二氧化硅聚集颗粒材料的过滤器材料的抗腐蚀性。在典型的工业铝过滤操作的标准使用条件下，特别是采用含镁合金的材料时，仍然存在一定的侵蚀度。

业内长久以来期望出现一种相对廉价，在过滤条件下坚固，无反应性，并且可广泛用于各种铝合金、尤其是那些含镁的铝合金的耐熔材料。本发明提供了一种熔融铝及其合金的过滤方法，从而满足了本领域的该长期愿望。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的熔融铝和铝合金的过滤方法。

本发明的另一目的在于提供一种使熔融金属与过滤器材料之间的反应性最小化的熔融铝和铝合金的过滤方法。

本发明的优点在于能够用含二氧化硅的网状过滤器过滤熔融铝和铝合金，同时削弱二氧化硅与熔融铝或合金中的成分之间的反应性。

正如将看到的，这些以及其他优点将在熔融铝和铝合金的过滤方法中提供。该方法包括提供网状泡沫，其中，向该网状泡沫内部引入氧。在过滤过程中，熔融的铝和铝合金经过所述网状泡沫时，氧分压保持在至少2.51×10^-35atm。

网状过滤器系统还提供了另一个优点。该系统具有聚集相(aggregate phase)和粘结相(binder phase)，其中，该聚集相和该粘结相中的至少一相含有二氧化硅。在过滤过程中，在升温下向网状过滤器内提供氧分压。

附图说明

图1为各种材料形成氧化物的Ellingham自由能图；

图2为本发明一个具体实施方案的示意图；

图3为硅与氧形成二氧化硅的反应达到平衡时的氧分压阀值的图示；

图4为本发明一个具体实施方案的示意图；

图5为现有技术过滤器使用后的图片；

图6为本发明过滤器使用后的图片。

具体实施方式

本发明提供了一种熔融铝和铝合金的过滤方法，该方法避免了过滤器材料与熔融金属之间的反应。具体地，本发明使用了之前认为不能用来过滤铝的材料，并由此形成过滤器，该过滤器在物理学上更加坚固，并且成本较低。