关键词

铝合金包含夹杂物、氧化物、碳化物、氮化物等。熔体需要进行净化处理，过滤技术在其中有着重要作用，并且在工业应用中也有广泛体现。

铝合金具有轻质、高强、耐腐蚀等特性，在航空、汽车、建筑等领域被广泛应用。但是，在铝合金的生产过程中，有可能会产生碳化物夹杂物。这些夹杂物的存在，会使材料的力学性能和加工性能降低。所以，控制并减少碳化物夹杂物的生成，对提高铝合金的性能来说是非常重要的。

2.2 碳化物

高温铝热反应是碳化物夹杂的主要来源。常见的碳化物夹杂有 Al₄C₃和 SiC。这些夹杂通常以颗粒形式存在，且尺寸较小，其含量一般在 2 - 12 ppm 之间。

形成机制

铝液在熔炼过程中，当与碳质材料（例如石墨坩埚、炉衬）或者含碳原料相接触时，在高温条件下会发生反应并生成碳化物。

铝与碳直接发生反应能够生成 Al₄C₃，其反应式为 4Al+3C→Al₄C₃。

当铝液中的硅含量处于较高水平时，硅会与碳发生反应，从而生成：\ Si+C→SiC

碳污染的来源是熔炼设备中的碳质部件，这些部件包括电极和耐火材料等。它们在高温环境下会发生分解。

原料，像废铝以及合金添加剂等，其中含有碳杂质。在熔炼的环境里，碳氢化合物，例如油脂以及保护气体中的碳残留等废铝熔炼设备，会发生分解。

碳在铝液中的溶解度会随温度降低而显著下降，在凝固过程中，碳会以碳化物的形式析出，从而形成细小颗粒或针状夹杂。

危害

碳化物硬度高，如 Al₄C₃ 的硬度可达 HV ~ 2400 。因其硬度高，会破坏材料的连续性，进而导致裂纹的萌生和扩展，最终降低了材料的韧性，使得材料的力学性能下降且脆性增强。

实验表明，当 Al₄C₃ 含量超过 5 ppm 时，铝合金的屈服强度会下降，大约下降 8%，同时延伸率也会降低，降低 15%。

碳化物颗粒硬度与硬质合金刀具相近，在切削加工过程中，会使刀具磨损加剧，同时导致表面粗糙度上升，进而使加工性能恶化。

成型缺陷方面，在轧制过程中，碳化物夹杂容易引发分层；在锻造过程中，碳化物夹杂容易引发表面起皮。

碳化物会与铝基体形成微电池，从而加速局部腐蚀，比如点蚀，这使得耐腐蚀性降低。在酸性环境中，SiC 夹杂容易发生电化学反应，进而导致材料失效。

电子封装材料方面废铝熔炼设备，碳化物夹杂会致使导热性能降低，像 Al₄C₃ 的导热系数仅仅是铝的 1/5。在航空用铝合金中，碳化物有可能引发疲劳裂纹，对结构安全性产生影响。

某铝业公司生产的 Al-Mg-Si 合金里，Al₄C₃夹杂的含量达到了 8 ppm，这使得挤压型材出现了表面裂纹。经过对碳源的控制（例如减少石墨坩埚的使用），碳化物的含量降低到了 2 ppm 以下。