A356铝合金具有质量轻、比强度高、加工性能好等一系列特点，是理想的轻量化材料，广泛应用于车轮等汽车零部件的制造。为应对能源危机和环境污染，汽车行业对轻量化的要求越来越高，使用铝合金替代钢材作为车身结构材料成为主流发展趋势。单车用铝量2025年将达到250kg，2030年将达到350kg。

随着铝合金产量和消费量的不断增加，国内废铝资源量近年来也快速增长，2019年国内废铝回收量约607万吨，以废铝为原料生产再生铝能耗仅为原铝的4.86%，温室气体排放量仅为原铝的4.21%。因此废铝的回收利用对铝加工行业未来发展有着积极的意义。由于废铝在重熔回收过程中，往往混入油污、塑料、水汽、粉尘等，熔体中含有较多的夹杂物和杂质元素，因此与原铝相比，再生铝熔体的净化难度更大。除再生铝外，铝制品厂通常还会利用自身生产加工过程中产生的回料，以降低成本，促进废铝资源的循环利用。 此类回料主要包括质量不合格的铝锭、铸造时用残余铝液铸造的铝块、铸造冒口或底座、加工过程中产生的切屑等。与再生铝加工厂使用的废铝成分各异、污染严重不同，回料成分相对稳定，所含杂质较少。

目前，关于原铝及再生铝熔体净化技术的研究报道已有大量，而对添加回料的铝熔体净化工艺研究较少，缺少对回料添加比例对熔体中夹杂物尺寸、含量及类型影响的定性定量分析。另外，铝熔体相较于原铝和再生铝，由于回料的污染程度不同，对精炼工艺参数的要求也会有所不同，精炼难度介于原铝和再生铝之间。因此，有必要对添加回料的铝熔体精炼工艺进行系统研究，找出最佳工艺参数。

北航宁波创新研究院张虎教授团队在《特种铸造与有色合金》杂志2022年42卷11期发表题为《返料及精炼工艺对A356铝合金净化效果的影响》的文章。文章研究了返料添加比例对A356铝合金中夹杂物尺寸及含量的影响。通过力学性能测试，分析了返料添加对A356铝合金力学性能稳定性的影响，研究了旋吹精炼工艺参数对铝液密度、夹杂物尺寸及含量的影响。结果表明：随着返料比例的增加，合金中夹杂物尺寸及含量增加，合金力学稳定性下降。适当提高转子转速和气体流量，设定合适的气体压力，可以提高脱气除杂效率。 30%返料A356铝合金熔体精炼最佳工艺参数为：转子转速550r/min、气体压力0.8 MPa、气体流量20L/min，在此工艺参数条件下铝液密度可达2.657g/cm3，夹杂物体积分数可降低至0.08%，铝液纯度满足生产要求。

【考试材料及方案】

原料为A356铝合金新锭、回料（工厂内部生产产生的废料）、Al-5Ti-1B细化剂、Al-10Sr变质剂、精炼剂（主要为KCl、NaCl、CaF2）、高纯氮气（纯度≥99.99%）。其中A356铝合金锭成分符合A356.2标准，混合回料由多种废碎料组成，包括机械加工过程中产生的切屑、冒口、底座等。

合金熔化后转入转包，置于旋转喷射脱气机转子下方。在转包中加入精炼剂，搅拌均匀。将预热后的转子浸入铝液中进行脱气净化。脱气完成后，刮去铝液表面的浮渣，并测试铝液的成分和密度。将测试合格的铝熔体静置一定时间后倒入预热后的模具中，得到K模试样和拉伸试样，如图1所示。其中宁波废铝合金回收，K模试样用于组织观察和夹杂物统计分析，拉伸试样用于分析夹杂物缺陷对力学性能的影响。

(a) K 型模具试样 (b) 拉伸试样

图1 合金样品

采用减压凝固铝液密度表征铝合金熔体中的氢含量，铝熔体减压凝固压力为0.0宁波废铝合金回收，抽真空时间设定为5 min，采用排水法测量减压凝固铝合金的密度。通过金相图片定量计数A356合金中夹杂物的尺寸及含量，并用Image-.0软件对金相图片进行分析测量。用XLG2扫描电子显微镜结合EDS能谱仪对夹杂物形貌及成分进行观察分析。通过QT（）值和威布尔分布（）定量分析夹杂物缺陷对力学性能的影响。

【图表结果】

随着冶炼原料中返料比例的增加，A356铝合金中夹杂物尺寸增大，无返料时夹杂物平均尺寸为7.3μm，体积分数为0.02%；当添加15%和30%返料时，夹杂物平均尺寸分​​别为8.6和9.5μm，与无返料情况相比分别增加了18%和30%；当添加15%和30%返料时，夹杂物体积分数分别为0.06%和0.11%，与无返料情况相比分别增加了约2倍和5倍。

随着冶炼原料中回料比例的增加,A356铝合金中大于30μm夹杂物比例增加,由回料引入的一次夹杂物数量增多,合金的力学稳定性下降。

确定工业生产中添加30%返料的A356铝合金熔体旋转喷射精炼最佳工艺参数为：转子转速550r/min、气体压力0.8MPa、气体流量20

L/min，采用此工艺参数进行精炼，铝液密度可达2.657g/cm3，夹杂物体积分数降低至0.08%，铝液纯度满足产品质量要求。

（a）不加征 （b）15% （c）30%

图2 添加不同比例回料的A356铝合金铸态组织

图3 不同回料添加比例的A356铝合金中夹杂物尺寸分布

（a）片状夹杂物（b）光谱 1EDS

（c）卷曲内含物（d）光谱 2EDS

（e）粒状夹杂物（f）光谱 3EDS

图4 添加30%回料的A356铝合金中夹杂物的形貌及EDS结果

图5 添加不同比例回料的A356铝合金试样的QT值

图6 添加不同比例回料的A356铝合金铸态试件拉伸强度的威布尔分布拟合

图7 转子转速对铝液密度的影响

图8 气压对铝液密度的影响

图9 气体流量对铝液密度的影响

本文的引用格式：

程英, 洪涛, 魏怀远, 等. 返料及精炼工艺对A356铝合金净化效果的影响[J]. 特种铸造及有色合金, 2022, 42(11): 1 325-1 330.

程颖,洪涛,魏燕等. A356合金的疲劳强度及疲劳寿命分析[J]. 腐蚀科学与防护技术,2022, 42(11):1 325-1 330.