铝熔体中氢含量的测定

　　氢是铝及铝合金中的有害气体,与其它金属相比,铝及铝合金熔体的氢含量虽然较低,但其产品却极易出现与氢有关的各种气体缺陷并导致性能下降。这是因为氢在固态铝中的溶解度比在液态铝中的溶解度低得多的缘故。铝工业生产中,通常要求熔体中氢含量每百克铝小于0·2ml,铝箔(厚箔)坯料的含氢量一般控制在每百克铝小于0·12ml。目前铝工业普遍采用在线设备除氢,除氢效果如何,是生产工艺中的关键,氢含量超标(国标及企业内控标),会给下道加工带来不良影响,如铝板轧制过程中起气泡,甚至造成产品报废。因此要有可靠的氢分析仪器测量氢含量,为工艺控制含氢量提供依据。本文论述用HDA在线式测氢仪测定氢含量原理、方法及该项目中需解决的技术问题。

　　1　HDA快速测氢仪的测量原理

　　1·1　“西华特”定理

　　氢是铝及铝合金中最主要的气体,氢溶解在金属中的行为符合“西华特”定理,即溶解于铝水中的[H]与其清洁自由表面上方(附近)的氢分压PH2存在下列函数关系:

　　各种工业铝合金的K值和不同温度下纯铝的S0都已知道, HDA要做的只是如何准确测定PH2值。循环气泵将纯净惰性气体通入铝熔体和仪器的管路中,沿闭合线路无损失循环,当惰性气体的气泡通过熔体时,金属中的气体会向气泡中扩散,当气泡和熔体中的氢达到平衡时,循环停止,利用热导系数不同,测出循环气体中氢的分压, HDA用的惰性气体为高纯氮气。

　　1·2　测量原理

　　测量原理见图1、图2。

　　(1)传感器:一个参照臂,一个测量臂,二者平衡时显示测量数据;

　　(2)清洗阀:清洗循环气路,保持气路畅通;

　　(3)膜盒:产生压力,推动气体在气路中循环;

　　(4)电机:提供动力;

　　(5)探头:送气和回收气;

　　(6)逆止伐:允许气体单向通过,反向截止。

　　1·3　HDA快速测氢仪主要运用热导、热导差及气体携带原理

　　(1)在测量桥臂上加电压,电流一定时,产生的热量是恒定的。

　　(2)气体热导系数不同,带走的热量就不同,从而产生热导差,产生电信号。电信号的大小与氢的浓度成正比关系。氮的热导系数为3·9,氢的热导系数为39,二者差一个数量级。因此循环气体的热导率几乎是氢浓度的单一函数。

　　(3)氮气中氢的分压为零,铝水中氢的分压大于零时,铝水中的氢分压向氮气中扩散,直到气泡中的氢分压和熔体中的氢建立平衡为止。

　　2　测量及操作顺序

　　2·1　探头预热

　　为防止探头进入熔体发生热胀破裂,同时除去吸附在探头上的水份,探头需要预热。