WS金瑞阳设计不只是重视工艺、设计和轮毂产品的实用性，对铝合金轮毂的材质也是非常重视。
本文作者系原东南大学材料学院高级教授、博士生导师吴炳尧先生，现年 77岁。在材料行业耕耘了 50多年，学生桃李满天下。一生致力于有色铸造行业， 并亲身实践，集理论与实践之大成。一生著述颇多，晚年仍为中国的铸造材料 事业奔走呼号，希望材料基础研究能够早日实现国际接轨。吴教授也是金瑞阳 设计的常年技术顾问。
《对铝合金稀土型熔剂的再认识》
吴炳尧 修毓平
轻量化是解决能源和环保等当今全球性问题的必然选择。现代铝合金材料正朝着高综合性能、低密度、大规格、高均匀性和材料/结构一体化方向发展，同时，对铝合金材料全生命周期的评价，对其熔炼过程中的节能环保、取代有毒材料，限制有害气体等问题，都提出了严格的要求。
铸造铝合金因其优异的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等工业领域。多尺度的第二相，微结构的特征（微米结晶相，亚微米或纳米弥散相，纳米亚稳相等）以及复杂结构的基体，决定着铝合金的性能。精炼净化﹑ 合金化﹑微合金化和热处理是调控铝合金组织结构、提高力学性能最常用的措施。
随着社会需求增加，对新型铸造铝合金性能的开发面临巨大挑战，如何在前期理论设计的基础上，建立合金“成分-工艺-组织-性能”间的定量关系，实现高性能铸造铝合金的高效开发，对工业生产具有重大意义。高综合性能铝合金的研发及现有材料性能的提升与铝合金成分的创新密切相关，当成分确定后，欲实现高综合性能的特征微结构，还要经过复杂的制备工艺流程。其中与熔炼相关的冶金遗传效应，既重要又很容易被生产制造企业所忽略。
进入 21世纪以来，依赖试错的传统材料研究方法已跟不上材料快速发展的步伐，甚至可能成为制约技术进步的瓶颈。在这场变革材料研发模式过程中，美国启动了“材料基因组计划”（MGI），欧盟推出了“加速冶金学”（ACCMET）计划等。已研制出强度大于 800 MPa 的快速凝固喷射沉积铝合金和新一代高强高韧高淬透性铝合金，综合性能达到国际先进水平；德国 Peak公司用此法生产的高硅铝合金 Al-17Si-6Fe-Cu-Mg挤压材， 用于 Mazda的 miller发动机上， 将AlSi17Cu4Mg沉积坯挤压冷轧后制造 Benz新 V8V12发动机气缸衬套。这其中， 熔炼工艺的核心地位和关键创新可想而知。
再如，关于铝合金车身结构件，为了满足“三位一体”的性能要求，奥迪 A8 在 20多年前已采用延展性很好的 SILAFONT-36铝合金压铸材料，用于压铸结构件，其延伸率可高达 20%。该材料由德国铝供应商 RHEINFELDON研发，国内叫低铁 Al-Si-Mg系压铸合金，与特斯拉现用的 AlSi10MgMn相近，工艺要求十分严格， 必须采用先进的熔炼技术，高真空压铸技术和精确的热处理工艺，才能完全发挥其特性。可见，先进的熔炼技术是决定性的因素。
众所周知，为防止压铸粘模，一般要求铝合金铁含量要大于 0.3%，这导致压铸件的延伸率很难超过 3%，即使采用高真空超低速压铸，可满足热处理，延伸率也因铁元素的破坏作用提升很有限。要想做到铝合金低含铁量条件下的高延伸率，就只能重力铸造或低压铸造再热处理。随着汽车轻量化及新能源汽车的拓展，用具有高延伸率特性的压铸铝合金取代重力浇注或低压铸造的车身结构件已是大势所趋。SILAFONT-36铝合金铁含量低于 0.13%，避免了铁元素在铝液凝固时形成针状鉄相中间合金， 将镁含量控制在 0.1-0.5%范围内， 硅控制在9.5-11.5%，并确保锰含量在 0.5-0.8%，通过锶变质和热处理，屈服强度可达280Mpa,延伸率在 20%以上。显然，要获得这样一种可用于压铸具有高延伸率﹑ 可热处理﹑可焊接的低铁压铸铝合金材料，保证化学成分稳定，金相组织合理 的先进熔炼技术是前提条件。
再如，Al-Fe-V-Si系耐热铝合金，因具有优异的综合力学性能和可加工性， 使其在航空、航天等领域具有广泛的应用前景。科研工作者不断尝试新工艺方法及强化措施的研究，目前虽然已成功制备出薄板、挤压件等高温结构件，但经过近 30年的发展，Al-Fe-V-Si合金目前仍存在一些问题，主要原因在于制备工艺方面。该合金对冷速极为敏感，用平面流铸造法、气雾化法及喷射沉积法制备该合金都受到一定限制。随着航空航天及汽车工业的发展，对低密度、高性能的耐热铝合金的要求必将进一步提高，其制备工艺是核心竞争力。
目前，世界著名企业集团凭借其技术研发、资金和人才等优势，不断向新材 料领域拓展，在高附加值新材料产品中占据主导地位。例如美铝、德铝、法铝等 世界先进企业在高强高韧铝合金材料的研制生产领域现居世界主导地位，我们在 这方面的创新能力和竞争实力与国际先进水平还有较大差距。远的不说，业内如 压铸铝合金车身结构件，就存在着 “强度低+高真空+热处理变形”的问题，为要拓宽压铸铝合金在承力结构件上的应用，就要开发非热处理高强韧压铸铝合金， 并开发简单可控的压铸工艺，这中间可能有颠覆性技术和替代性技术等创新与应 用出现，而熔炼工艺技术的进步一定不会缺席。
新型铝合金材料从研发到成熟应用往往需要较长过程，所谓新材料十年一代， 可能还远远不止。如果自己没有怎么办？多数人可能认为，先用别人的，自己再 追赶。这种备受国内业界推崇的后发优势其实并不存在，在很多材料领域恰恰是 后来者劣势。因为材料技术具有长链条、跨尺度等特点，从研发到成熟应用往往 需要漫长过程，不在应用中不断完善性能，工艺技术就无法迭代优化，一些关键 的数据也无法积累。
目前高强度铝合金由于合金化程度高，结晶范围宽，氧化、吸气严重，易含气夹杂，成分宏/微分布均匀性难以控制，其熔炼技术一直是关注的热点。目前已发展了多种铝合金熔体高洁净化、晶粒细化、表面亮化的熔铸技术，如气渣杂在线级联去除、电磁和/或超声外场调控铸造、油气润滑铸造、微震铸造、矮结晶器铸造等技术。各个制备环节均会影响微结构的形成和演变，从而最终决定材料的综合性能及其均匀性。高强铝合金的冶金缺陷来源于熔体中的气体与非金属夹杂物。由于表层张力、物理和/或化学吸附作用，气体与夹杂物更容易聚积， 工程实际中，开发出了多种铝合金气体喷射净化装置，如 SNIF、MINT、AlPUR、LARS等等，如 ALMEX推出的 LARS在线净化系统，相对于其它气体喷射原理的装置，集成了多项配套技术，主要体现在气体预加热，熔池为下窄上宽敞开式、多边形、双熔池级联，具有很好的除气、除渣综合效果。随着对铝合金中非金属夹杂物含量的限制越来越苛刻，已研发出多种级联的陶瓷过滤装置，用于高洁度要求的铝合金材料研制与生产。
然而，需要清醒地看到，在强化精炼技术，提倡智能熔炼的过程中，人们 更多地关心如何引进和使用先进的硬件设备，对传统熔剂本身的优劣并不那么 在意，似乎熔剂的好坏对提高铝合金品质的作用已不那么明显。他们宁愿把大 量资金投在看得见的设备更新上，却不舍得在熔炼每吨铝时选用高品质熔剂， 多花上几十元，显然这是长期认识上的误区形成的惯性。
笔者在 2019年撰写的《含稀土熔剂对提升铝合金熔炼品质的作用分析》长文（收录在《压铸笔谈二》）中，曾经围绕三大主题即:
铝合金熔炼净化的一般分析，
含稀土精炼除渣剂在铝合金熔炼净化处理中的作用与机理，
含稀土熔剂除渣精炼特点和效果，
从理论和应用实践两方面做了系统详实的分析论证，已经回答了有关熔剂方方面面的问题，在此不再赘述。
近两年多的实践，我们借助于科研院所和大型生产企业的试验测试资源，使用测氢仪，直读光谱，高温表面张力仪，金相显微镜，材料力学性能试验机，XRD， DSC，SEM/EDS等仪器设备，测定材料综合力学性能，观察分析微观组织结构， 综合评价熔体净化效果，进行热力学计算和冶金传输动力学分析，深入探讨了不同熔剂组分除杂﹑除气机理及其交互作用，进一步了解了含稀土熔剂对铝合金精炼除渣的特点﹑效果和规律（研究论文另发），进一步验证了熔剂对提升铝合金各项性能指标的重要作用，并推出了适合不同熔炼处理工艺要求的系列稀土型熔剂产品，如高温用，低温用，无钠，强力等计十余种。随著含稀土熔剂应用范围不断扩大，在比较中逐渐彰显了其除渣精炼的特殊效果。
实践是检验的标准，根据客户反馈的信息，让我们得以重新认识和评估此发明专利的能量，现将客户反馈的信息和测试结果简要归纳如下:
与精炼设备配套使用，如采用惰性气体—精炼熔剂喷吹方式在线净化处理合金，该粉剂流动性好，喷吹反应平稳；烟尘少，满足环保要求；用量少，渣铝分离好，烧损减少，除渣去气效果好；经财务核算，综合成本不升反降。
具有高效造干渣能力，不粘滞铝熔体，也不粘结于炉璧。
对改善铝合金的流动性效果明显。经测试分析，这与铝液中非金属夹杂尺寸减小，熔剂与氧化铝渣的高温润湿角降低，除渣除气的净化效果提升以及稀土残留密切相关。
含稀土熔剂正逐渐成为铝合金精炼处理的首选，尤其是将其作为熔炼高牌号铝合金、做出口产品以及开发高强韧铝合金时除渣精炼处理之首选。
一些有远见的企业家，不靠廉价或低层次竞争，为了争取产业的跨越式发展， 将应用含稀土熔剂作为改善传统铝合金基因的战略性布局和原始创新能力的举措之一，将其列入工艺规范之中，就是希望在“中国制造”的压铸产品中融入更多的“中国创造”元素。
含稀土熔剂作为本公司发明专利并荣获中国铸协铸造金鼎奖的优质产品，属于我国铝合金熔炼产业专有的共性技术。一些大型铝锭及棒材生产企业，以及压铸界的新老朋友，除了自身应用外，还积极配合我们，协作开发研究，希望在技术源头上支撑这一自主创新。在此，衷心感谢大家的支持与厚爱，您们的鼓与呼是我们争取技术进步的巨大动力！期望以此为契机，推动产业各项自主知识产权的替代性创新，为营造铝合金熔炼技术发展的新生态尽一份微薄的力量。
广州市鑫煜铸造设备材料制造有限公司2022 年 2 月 15 日
本文作者系原东南大学材料学院高级教授、博士生导师吴炳尧先生，现年77岁。在材料行业耕耘了 50多年，学生桃李满天下。一生致力于有色铸造行业， 并亲身实践，集理论与实践之大成。一生著述颇多，晚年仍为中国的铸造材料 事业奔走呼号，希望材料基础研究能够早日实现国际接轨。吴教授也是金瑞阳 设计的常年技术顾问。
《对铝合金稀土型熔剂的再认识》
吴炳尧 修毓平
轻量化是解决能源和环保等当今全球性问题的必然选择。现代铝合金材料正朝着高综合性能、低密度、大规格、高均匀性和材料/结构一体化方向发展，同时，对铝合金材料全生命周期的评价，对其熔炼过程中的节能环保、取代有毒材料，限制有害气体等问题，都提出了严格的要求。
铸造铝合金因其优异的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等工业领域。多尺度的第二相，微结构的特征（微米结晶相，亚微米或纳米弥散相，纳米亚稳相等）以及复杂结构的基体，决定着铝合金的性能。精炼净化﹑ 合金化﹑微合金化和热处理是调控铝合金组织结构、提高力学性能最常用的措 施。
随着社会需求增加，对新型铸造铝合金性能的开发面临巨大挑战，如何在前期理论设计的基础上，建立合金“成分-工艺-组织-性能”间的定量关系，实现高性能铸造铝合金的高效开发，对工业生产具有重大意义。高综合性能铝合金的研发及现有材料性能的提升与铝合金成分的创新密切相关，当成分确定后，欲实现高综合性能的特征微结构，还要经过复杂的制备工艺流程。其中与熔炼相关的冶金遗传效应，既重要又很容易被生产制造企业所忽略。
进入 21世纪以来，依赖试错的传统材料研究方法已跟不上材料快速发展的步伐，甚至可能成为制约技术进步的瓶颈。在这场变革材料研发模式过程中，美国启动了“材料基因组计划”（MGI），欧盟推出了“加速冶金学”（ACCMET）计划等。已研制出强度大于 800 MPa 的快速凝固喷射沉积铝合金和新一代高强高韧高淬透性铝合金，综合性能达到国际先进水平；德国 Peak公司用此法生产的高硅铝合金 Al-17Si-6Fe-Cu-Mg挤压材， 用于 Mazda的 miller发动机上， 将AlSi17Cu4Mg沉积坯挤压冷轧后制造 Benz新 V8V12发动机气缸衬套。这其中， 熔炼工艺的核心地位和关键创新可想而知。
再如，关于铝合金车身结构件，为了满足“三位一体”的性能要求，奥迪 A8 在 20多年前已采用延展性很好的 SILAFONT-36铝合金压铸材料，用于压铸结构件，其延伸率可高达 20%。该材料由德国铝供应商 RHEINFELDON研发，国内叫低铁 Al-Si-Mg系压铸合金，与特斯拉现用的 AlSi10MgMn相近，工艺要求十分严格， 必须采用先进的熔炼技术，高真空压铸技术和精确的热处理工艺，才能完全发挥其特性。可见，先进的熔炼技术是决定性的因素。
众所周知，为防止压铸粘模，一般要求铝合金铁含量要大于 0.3%，这导致压铸件的延伸率很难超过 3%，即使采用高真空超低速压铸，可满足热处理，延伸率也因铁元素的破坏作用提升很有限。要想做到铝合金低含铁量条件下的高延伸率，就只能重力铸造或低压铸造再热处理。随着汽车轻量化及新能源汽车的拓展，用具有高延伸率特性的压铸铝合金取代重力浇注或低压铸造的车身结构件已是大势所趋。SILAFONT-36铝合金铁含量低于 0.13%，避免了铁元素在铝液凝固时形成针状鉄相中间合金， 将镁含量控制在 0.1-0.5%范围内， 硅控制在9.5-11.5%，并确保锰含量在 0.5-0.8%，通过锶变质和热处理，屈服强度可达280Mpa,延伸率在 20%以上。显然，要获得这样一种可用于压铸具有高延伸率﹑ 可热处理﹑可焊接的低铁压铸铝合金材料，保证化学成分稳定，金相组织合理 的先进熔炼技术是前提条件。
再如，Al-Fe-V-Si系耐热铝合金，因具有优异的综合力学性能和可加工性， 使其在航空、航天等领域具有广泛的应用前景。科研工作者不断尝试新工艺方法及强化措施的研究，目前虽然已成功制备出薄板、挤压件等高温结构件，但经过近 30年的发展，Al-Fe-V-Si合金目前仍存在一些问题，主要原因在于制备工艺方面。该合金对冷速极为敏感，用平面流铸造法、气雾化法及喷射沉积法制备该合金都受到一定限制。随着航空航天及汽车工业的发展，对低密度、高性能的耐热铝合金的要求必将进一步提高，其制备工艺是核心竞争力。
目前，世界著名企业集团凭借其技术研发、资金和人才等优势，不断向新材 料领域拓展，在高附加值新材料产品中占据主导地位。例如美铝、德铝、法铝等 世界先进企业在高强高韧铝合金材料的研制生产领域现居世界主导地位，我们在 这方面的创新能力和竞争实力与国际先进水平还有较大差距。远的不说，业内如 压铸铝合金车身结构件，就存在着 “强度低+高真空+热处理变形”的问题，为要拓宽压铸铝合金在承力结构件上的应用，就要开发非热处理高强韧压铸铝合金， 并开发简单可控的压铸工艺，这中间可能有颠覆性技术和替代性技术等创新与应 用出现，而熔炼工艺技术的进步一定不会缺席。
新型铝合金材料从研发到成熟应用往往需要较长过程，所谓新材料十年一代， 可能还远远不止。如果自己没有怎么办？多数人可能认为，先用别人的，自己再 追赶。这种备受国内业界推崇的后发优势其实并不存在，在很多材料领域恰恰是 后来者劣势。因为材料技术具有长链条、跨尺度等特点，从研发到成熟应用往往 需要漫长过程，不在应用中不断完善性能，工艺技术就无法迭代优化，一些关键 的数据也无法积累。
目前高强度铝合金由于合金化程度高，结晶范围宽，氧化、吸气严重，易含气夹杂，成分宏/微分布均匀性难以控制，其熔炼技术一直是关注的热点。目前已发展了多种铝合金熔体高洁净化、晶粒细化、表面亮化的熔铸技术，如气渣杂在线级联去除、电磁和/或超声外场调控铸造、油气润滑铸造、微震铸造、矮结晶器铸造等技术。各个制备环节均会影响微结构的形成和演变，从而最终决定材料的综合性能及其均匀性。高强铝合金的冶金缺陷来源于熔体中的气体与非金属夹杂物。由于表层张力、物理和/或化学吸附作用，气体与夹杂物更容易聚积， 工程实际中，开发出了多种铝合金气体喷射净化装置，如 SNIF、MINT、AlPUR、LARS等等，如 ALMEX推出的 LARS在线净化系统，相对于其它气体喷射原理的装置，集成了多项配套技术，主要体现在气体预加热，熔池为下窄上宽敞开式、多边形、双熔池级联，具有很好的除气、除渣综合效果。随着对铝合金中非金属夹杂物含量的限制越来越苛刻，已研发出多种级联的陶瓷过滤装置，用于高洁度要求的铝合金材料研制与生产。
然而，需要清醒地看到，在强化精炼技术，提倡智能熔炼的过程中，人们 更多地关心如何引进和使用先进的硬件设备，对传统熔剂本身的优劣并不那么 在意，似乎熔剂的好坏对提高铝合金品质的作用已不那么明显。他们宁愿把大 量资金投在看得见的设备更新上，却不舍得在熔炼每吨铝时选用高品质熔剂， 多花上几十元，显然这是长期认识上的误区形成的惯性。
笔者在 2019年撰写的《含稀土熔剂对提升铝合金熔炼品质的作用分析》长文（收录在《压铸笔谈二》）中，曾经围绕三大主题即:
铝合金熔炼净化的一般分析，
含稀土精炼除渣剂在铝合金熔炼净化处理中的作用与机理，
含稀土熔剂除渣精炼特点和效果，
从理论和应用实践两方面做了系统详实的分析论证，已经回答了有关熔剂方方面面的问题，在此不再赘述。
近两年多的实践，我们借助于科研院所和大型生产企业的试验测试资源，使用测氢仪，直读光谱，高温表面张力仪，金相显微镜，材料力学性能试验机，XRD， DSC，SEM/EDS等仪器设备，测定材料综合力学性能，观察分析微观组织结构， 综合评价熔体净化效果，进行热力学计算和冶金传输动力学分析，深入探讨了不同熔剂组分除杂﹑除气机理及其交互作用，进一步了解了含稀土熔剂对铝合金精炼除渣的特点﹑效果和规律（研究论文另发），进一步验证了熔剂对提升铝合金各项性能指标的重要作用，并推出了适合不同熔炼处理工艺要求的系列稀土型熔剂产品，如高温用，低温用，无钠，强力等计十余种。随著含稀土熔剂应用范围不断扩大，在比较中逐渐彰显了其除渣精炼的特殊效果。
实践是检验的标准，根据客户反馈的信息，让我们得以重新认识和评估此发明专利的能量，现将客户反馈的信息和测试结果简要归纳如下:
与精炼设备配套使用，如采用惰性气体—精炼熔剂喷吹方式在线净化处理合金，该粉剂流动性好，喷吹反应平稳；烟尘少，满足环保要求；用量少，渣铝分离好，烧损减少，除渣去气效果好；经财务核算，综合成本不升反降。
具有高效造干渣能力，不粘滞铝熔体，也不粘结于炉璧。
对改善铝合金的流动性效果明显。经测试分析，这与铝液中非金属夹杂尺寸减小，熔剂与氧化铝渣的高温润湿角降低，除渣除气的净化效果提升以及稀土残留密切相关。
含稀土熔剂正逐渐成为铝合金精炼处理的首选，尤其是将其作为熔炼高牌号铝合金、做出口产品以及开发高强韧铝合金时除渣精炼处理之首选。
一些有远见的企业家，不靠廉价或低层次竞争，为了争取产业的跨越式发展， 将应用含稀土熔剂作为改善传统铝合金基因的战略性布局和原始创新能力的举措之一，将其列入工艺规范之中，就是希望在“中国制造”的压铸产品中融入更多的“中国创造”元素。
含稀土熔剂作为本公司发明专利并荣获中国铸协铸造金鼎奖的优质产品，属于我国铝合金熔炼产业专有的共性技术。一些大型铝锭及棒材生产企业，以及压铸界的新老朋友，除了自身应用外，还积极配合我们，协作开发研究，希望在技术源头上支撑这一自主创新。在此，衷心感谢大家的支持与厚爱，您们的鼓与呼是我们争取技术进步的巨大动力！期望以此为契机，推动产业各项自主知识产权的替代性创新，为营造铝合金熔炼技术发展的新生态尽一份微薄的力量。
广州市鑫煜铸造设备材料制造有限公司2022 年 2 月 15 日