在鋁合金的熔鑄過程中，合金化——按照合金牌號(hào)的要求調(diào)整鋁水的化學(xué)成分，是一個(gè)重要工序。合金化的過程就是往鋁水中添加合金元素來調(diào)整合金元素在鋁水中的含量。這些合金元素的添加主要通過中間合金或金屬粉末來進(jìn)行。

中間合金是以鋁為基體含有少量其它元素的合金。例如 Al-20Fe  合金，在鋁基體中含有20%鐵；Al-25Mn合金，在鋁基體中含有25%Mn。中間合金的一個(gè)重要指標(biāo)是有較低的熔點(diǎn)，以便加到鋁水中后能迅速熔化，所以中間合金中合金元素的含量必須控制在較低的水平，一般在5~25%。只有少數(shù)幾種低熔點(diǎn)元素，例如鎂、硅等，含量可以達(dá)到50%。

用金屬粉末法來進(jìn)行合金化主要有兩種方法：一種是噴吹法加入純金屬粉末；另一種是將金屬粉末和其它助熔劑混合后壓成塊狀，再加入到鋁水中。

金屬粉末不能直接撒入熔煉爐中。由于鋁水表面有一層厚厚的氧化鋁膜，甚至還有熔渣，如果直接將金屬粉末撒入爐內(nèi)，部分粉末可能會(huì)漂浮在氧化膜或熔渣上面，不能熔入鋁水中，造成金屬粉末流失，影響合金元素的熔化效果，降低了合金元素的收得率。所以，純金屬粉末往往使用噴吹法加入。噴吹法是用氮?dú)狻鍤饣蚱渌栊詺怏w通過導(dǎo)管將金屬粉末吹入到鋁水中。但這需要一套復(fù)雜的噴吹設(shè)備來完成。

將金屬粉末和其它助熔劑混合后壓成塊狀，也即所謂的合金添加劑，相對來說比較簡單。合金元素添加劑由金屬粉末、助熔劑和粘結(jié)劑組成。金屬粉末的含量一般為70%至85%，助熔劑的含量為15%至30%，粘結(jié)劑只需很少量，0.5~2.0%。加工過程為將各組分粉末均勻混合后，用壓力機(jī)壓成餅狀。餅塊的大小可以由50克到1500克不等。這種餅塊投入到熔爐中可以迅速沉入鋁水中并逐漸熔散開來，有效避免了金屬粉末散浮在熔液表面的問題，提高了合金元素的收得率。

中間合金的熔點(diǎn)較低，可以直接在鋁水中熔化。但是，合金元素的熔點(diǎn)都比較高，比如鐵的熔點(diǎn)超過1500度；錳的熔點(diǎn)接近1250度。而鋁水的溫度只有不到750度，合金元素粉末就不能直接在鋁水中熔化。大量的研究表明，這些合金元素是通過化學(xué)反應(yīng)熔入鋁水中。以合金元素錳為例，當(dāng)錳劑添加到鋁水中，錳粒子首先和鋁水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬間化合物 MnAl4。

在鋁水界面，錳離子[Mn]和鋁水繼續(xù)反應(yīng)，生成 MnAl4；在錳粒子界面，鋁離子[Al]和錳繼續(xù)反應(yīng)生成 MnAl4。金屬間化合物 MnAl4 迅速長大，包圍錳粒子。隨著 MnAl4迅速長大，在 MnAl4 和Mn粒子界面將形成新的金屬間化合物 MnAl3。在 MnAl3 迅速長大后，在 MnAl3 和Mn粒子界面又將形成新的金屬間化合物 MnAl。直至錳粒子全部反應(yīng)完畢，將錳完全熔入鋁中。

從生產(chǎn)成本角度來看，使用中間合金的成本較高。首先，由于中間合金是通過在高溫下熔煉鋁和合金元素，然后再澆注成錠，導(dǎo)致中間合金造價(jià)較高。其次，由于中間合金中合金元素含量較低，導(dǎo)致中間合金的添加量要多好幾倍。例如，如果使用 Al-20Fe 中間合金，如果需要添加100公斤鐵，必需要添加500公斤的中間合金，這無疑增加了儲(chǔ)運(yùn)成本。所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，只有在生產(chǎn)質(zhì)量要求很高的合金時(shí)，或者對純凈度或熔化速度等有嚴(yán)格要求的情況下必須使用中間合金以外，在一般生產(chǎn)中，都傾向于使用金屬粉末來進(jìn)行合金化。

使用純金屬粉末的成本最低。金屬粉末不需要二次加工就可以直接加入鋁水中。但是，為了避免粉末漂浮在鋁水表面，提高合金元素的收得率，必須要使用專門的噴吹設(shè)備。這就限制了純金屬粉末的應(yīng)用。

合金元素添加劑兼具成本低廉和使用方便的優(yōu)點(diǎn)。所以它的使用越來越廣泛。

為了提高企業(yè)對鋁合金熔體高潔凈化問題的重視，了解熔體中固態(tài)、氣態(tài)夾雜產(chǎn)生原理和分布規(guī)律，研討去除措施，加大鋁合金熔體高潔凈化先進(jìn)技術(shù)推廣力度，推動(dòng)全國鋁加工行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)進(jìn)程。