隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)金屬及合金材料，特別是基于服役安全性的產(chǎn)品的潔凈度提出了更高的要求。艦船動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件螺旋槳不僅要求材料有較高的力學(xué)性能，而且對(duì)材料中氣體、夾雜物含量也有很高的要求，以確保船舶的安全航行；撓性印制電路板的主體材料—壓延銅箔在壓力加工過(guò)程中，銅材內(nèi)的任何雜質(zhì)顆?；驓饪?，都會(huì)造成微觀表面或內(nèi)部缺陷，導(dǎo)致壓延銅箔綜合成品率很低；軍工、船舶、航空航天等領(lǐng)域的高端承壓銅鑄件要求很高的氣密性，鑄件不允許存在氣孔和氧化夾渣等缺陷，否則由于滲漏而導(dǎo)致嚴(yán)重事故。因此，不斷提高合金熔體的潔凈度是冶金、鑄造和金屬材料行業(yè)的重要課題。
　　銅及銅合金在熔鑄過(guò)程中極易氧化與吸氣，在鑄件（錠）中易形成氣孔與非金屬夾雜物，惡化鑄件（錠）力學(xué)性能。銅熔體中的非金屬夾雜物除部分由原材料帶入外，更主要來(lái)源于熔煉過(guò)程中銅熔體與爐氣反應(yīng)產(chǎn)物，脫氧產(chǎn)物，銅熔體中合金元素與爐襯材料反應(yīng)產(chǎn)物，銅熔體表面氧化膜在澆注及充型過(guò)程中的卷入等等。銅合金中常見(jiàn)非金屬夾雜物主要有Al2O3、SiO2、SnO2、FeO、MnO、ZnO、NiO等。由于其氧化物自由能低，很難用脫氧的方法使其還原，且它們的熔點(diǎn)都很高，呈固態(tài)小質(zhì)點(diǎn)彌散在熔體中，難于從熔體中排除。
　　非金屬夾雜物嚴(yán)重降低合金的強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性能，是形成氣孔或熱裂紋等嚴(yán)重缺陷的萌生源。此外，銅合金中的非金屬夾雜物危害鑄件的氣密性和耐腐蝕性，降低銅熔體的流動(dòng)性、補(bǔ)縮性和材料的成形性。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中必須采取措施予以去除。
　　銅合金過(guò)濾凈化技術(shù)現(xiàn)狀
　　靜置澄清、浮選除渣、熔劑除渣等方法雖能去除熔體中大部分非金屬夾雜，但不能有效去除粒度細(xì)微、彌散分布的夾雜物。過(guò)濾技術(shù)的問(wèn)世，使合金熔體凈化技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新階段。過(guò)濾凈化作為在其他方法精煉之后，澆注之前進(jìn)行的熔體處理最后一道重要工序，是生產(chǎn)高品質(zhì)鑄件的一個(gè)重要工藝手段。
　　鋁青銅是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用極為廣泛的一種銅合金，具有很高的強(qiáng)度、耐磨性及耐蝕性，是制造螺旋槳等耐腐蝕零件的重要材料。鋁青銅本身含有較高的鋁，加上較高的熔煉和澆注溫度，在熔鑄過(guò)程中極易產(chǎn)生Al2O3夾雜渣，很難從熔體中去除。因此，去除鋁青銅熔體中的氧化夾雜是銅合金熔體凈化技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。
　　過(guò)濾凈化技術(shù)應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)己有幾十年的歷史，目前已在鑄鐵、鑄鋼、高溫合金、銅合金、鎂合金、鋅合金、鋁合金鑄件以及鋁合金連續(xù)鑄錠生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)銅合金鑄造生產(chǎn)中采用的過(guò)濾器主要有砂質(zhì)過(guò)濾器、網(wǎng)型過(guò)濾器、顆粒狀過(guò)濾器及泡沫陶瓷過(guò)濾器等。
　　過(guò)濾凈化技術(shù)新動(dòng)態(tài)
　　電磁分離技術(shù)是新近發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)分離熔體中非金屬夾雜物的技術(shù)。近年來(lái)，電磁分離技術(shù)用于銅合金熔體凈化引起了重視。大連理工大學(xué)研究用泡沫陶瓷和泡沫陶瓷外加高頻磁場(chǎng)復(fù)合凈化Al-10%Mg合金，結(jié)果表明，復(fù)合凈化使合金中氧含量從0.0014%降低為0.0003%，凈化效率達(dá)到78.6%，較僅用泡沫陶瓷過(guò)濾時(shí)凈化效率提高了23%?？梢云谕?，采用電磁分離與泡沫陶瓷過(guò)濾復(fù)合凈化技術(shù)可以進(jìn)一步提高銅合金熔體的潔凈度。
　　采用高孔密度的泡沫陶瓷過(guò)濾器可以獲得更高的過(guò)濾效率，但起始過(guò)濾時(shí)阻力大，過(guò)濾器易堵塞，因此需借助于外力，如電磁力、離心力等，克服過(guò)濾阻力。南昌航空大學(xué)采用離心加壓法對(duì)銅合金熔體泡沫陶瓷過(guò)濾進(jìn)行試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬研究。研究表明，采用該裝置過(guò)濾的銅合金，15 μm 以上的夾雜物顯著減少，合金的強(qiáng)度及塑性均得到顯著提高。
　　在泡沫陶瓷表面涂覆特殊涂料，從而制得一種所謂活性過(guò)濾器，其目的是強(qiáng)化過(guò)濾器對(duì)夾雜物的粘附，甚至可選擇性地捕捉夾雜物，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一種新型過(guò)濾凈化技術(shù)。
　　銅合金熔體過(guò)濾凈化技術(shù)
　　期待更大發(fā)展
　　銅及銅合金在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中應(yīng)用極為廣泛。我國(guó)銅合金鑄件年產(chǎn)量高達(dá)75萬(wàn)噸，銅材產(chǎn)量超過(guò)1000萬(wàn)噸。非金屬夾雜物及氣體嚴(yán)重降低了銅合金品質(zhì)，限制了其在高端產(chǎn)品中的應(yīng)用。泡沫陶瓷過(guò)濾凈化是提高銅合金品質(zhì)的重要途徑，但迄今為止，過(guò)濾凈化技術(shù)還只是用于一些中小型銅合金鑄件的凈化，在大型銅合金鑄件、半連續(xù)鑄造或連續(xù)鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用鮮見(jiàn)報(bào)道。
　　較之鋁合金而言，銅合金的熔點(diǎn)高，密度大，表面張力及粘度大，比熱容小及凝固潛熱小等，因此其過(guò)濾凈化技術(shù)有著不同于鋁合金的特點(diǎn)，銅合金過(guò)濾凈化理論與工藝還有待于進(jìn)一步研究。目前，鋼鐵、鋁合金材料中夾雜物研究已較深入，過(guò)濾凈化技術(shù)較為成熟，這對(duì)銅合金熔體的過(guò)濾凈化具有借鑒意義。為進(jìn)一步提高銅合金的潔凈度，拓展銅合金的應(yīng)用領(lǐng)域，今后需加強(qiáng)以下幾方面的研究。第一，開(kāi)發(fā)熱穩(wěn)定性好、抗熔體沖刷能力強(qiáng)的泡沫陶瓷過(guò)濾器，以克服過(guò)濾器易軟化、變形或開(kāi)裂等問(wèn)題，滿(mǎn)足銅合金熔體大流量過(guò)濾要求。第二，研究多種凈化方法組合的復(fù)合凈化技術(shù)，如將熔劑凈化、超聲凈化、電磁凈化等與過(guò)濾凈化技術(shù)結(jié)合，即復(fù)合凈化技術(shù)可以獲得高潔凈度的銅熔體。第三，開(kāi)展活性過(guò)濾技術(shù)研究。目前生產(chǎn)中使用的過(guò)濾器，主要用于去除不可溶固體夾雜；而活性過(guò)濾可濾除熔體中的可溶性雜質(zhì)，在濾除固體夾雜的同時(shí)達(dá)到去除可溶性?shī)A雜的目的。第四，深入研究銅合金熔體的凈化機(jī)制，有助于開(kāi)發(fā)新的凈化方法，正確選擇介質(zhì)介質(zhì)，優(yōu)化凈化工藝，提高過(guò)濾效率。第五，建立銅合金熔體凈化效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
　?。ū疚母鶕?jù)戴斌煜在2017年銅及銅合金熔鑄技術(shù)研討會(huì)上的報(bào)告內(nèi)容整理）