溶解氢对Al8Si3Cu合金特征转变温度的影响

《Vacuum》：Effect of dissolved hydrogen on characteristic transformation temperatures in Al8Si3Cu alloy

本研究结合高灵敏度热电偶与商用减压装置，实现铝合金凝固过程中冷却曲线数据的实时采集与分析。结果表明，氢浓度显著影响Al8Si3Cu合金的共晶形核温度，孔隙率与氢浓度呈正相关，且减压处理可使灵敏度提升三倍。该技术为铸件质量在线监测提供了新方法。

　　

亚历山大·米特拉辛诺维奇（Aleksandar Mitra?inovi?）|佐兰·奥达诺维奇（Zoran Odanovi?）|弗朗西斯科·C·罗布雷斯·埃尔南德斯（Francisco C. Robles Hernández）

塞尔维亚科学与艺术学院技术科学研究所，地址：35/IV Knez Mihailova, 11000 贝尔格莱德，塞尔维亚

摘要

本研究将高灵敏度的热电偶与商用减压装置结合使用，实现了冷却曲线分析数据的即时获取。在减压条件下形成的Al8Si3Cu铝合金中，冷却曲线参数与液体中的氢浓度及固体孔隙率水平相关联。结果表明，与其他转变温度相比，Al-Si-Cu共晶转变温度受氢含量的影响最大。当样品在6kPa的压力下凝固时，Al-Si-Cu共晶转变温度在0.227至0.079 ml H₂/100g合金的氢浓度范围内变化为500.5至512.8℃。与标准条件下凝固的样品相比，减压处理使灵敏度提高了约三倍。通过结合减压凝固条件和计算机辅助的热分析，可以弥合离线商业方法与熔融铝合金中溶解氢的即时定量分析之间的差距。

引言

在许多实际应用中，传感器灵敏度的提高和数据传输效率的提升使得以前只能在过程后进行分析的结果现在可以提前预测[1]、[2]、[3]。在汽车和航空航天等快速发展的行业环境中，需要在液态合金成型前预测零件的性能[4]、[5]、[6]。工业用合金的微观结构很大程度上取决于其中溶解气体的含量。了解溶解气体的初始浓度有助于预测零件的结构和机械性能[7]、[8]、[9]。

氢是溶解度最高的气体，在液态铝中的溶解度最高[10]、[11]，其存在是导致孔隙形成的主要原因。西弗茨定律（Sieverts' law）指出，像氢这样的双原子气体的溶解度与热力学平衡状态下该气体的分压的平方根成正比[12]。实际上，在液相线温度下，由于铝的成核和枝晶生长，氢的溶解度会迅速下降，这为氢气泡的异质成核提供了较大的空间。固体结构中形成的孔隙大小取决于凝固过程中氢气泡生长的枝晶间空间。孔隙形成的通用公式可以用以下压力平衡方程表示：

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