我國汽車工業(yè)近年來發(fā)展迅速，今后的幾十年仍將成為我國現(xiàn)代制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，為降低能耗、提高質(zhì)量、減輕自重，高性能鋁合金在汽車上的應用越來越多，鋁合金冶煉條件也越來越苛刻，而目前國內(nèi)對熔鋁爐用耐火材料的研究比較少。

以Al2O3含量為85%(樣號M85)和75%(樣號M75)的礬土熟料、Al2O3含量為60%(樣號M60)和45%(樣號M45)的藍晶石基莫來石為主要原料，加入α-Al2O3微粉、二氧化硅微粉、Secar71水泥作為結(jié)合系統(tǒng)，制備了超低水泥結(jié)合的澆注料標準試樣和抗渣坩堝試樣，研究了不同Al2O3含量的鋁硅系原料對熔鋁爐用澆注料性能的影響。在此基礎(chǔ)上，選用綜合性能優(yōu)異的原料作為主原料，進而研究了K2CO3、BaSO4、H3BO3等添加劑和鋁溶膠結(jié)合劑對澆注料性能的影響。通過檢測試樣的常溫和高溫性能、采用坩堝法研究試樣抗6063#鋁合金的侵蝕性能、以及對試樣進行物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的分析，得出以下實驗結(jié)果：

研究Al2O3含量對澆注料性能影響的結(jié)果表明：試樣在1200℃處理后顯氣孔率減小，表明試樣有一定程度的燒結(jié)。M75試樣由于物相接近純莫來石的組成而難以燒結(jié)，導致抗折和耐壓強度最小，M45試樣抗折強度最高(18.2MPa)，M85試樣耐壓強度最高(103.4MPa)。隨著Al2O3含量的增加，試樣的導熱系數(shù)增大，如M85試樣導熱系數(shù)最大，M60試樣由于氣孔率最大導致導熱系數(shù)最小。試樣850℃下的熱態(tài)抗折強度比常溫抗折強度提高3-6MPa，最致密的M45試樣熱態(tài)抗折強度最高(22MPa)，體現(xiàn)了在此溫度下澆注料中微粉促進燒結(jié)的作用。

鋁合金液在850℃時與耐火材料中的SiO2反應生成Al2O3和Si，伴隨體積收縮，易造成耐火材料開裂損毀。Al2O3含量越高、氣孔率越低的試樣抗?jié)B透和抗侵蝕性能越好，如M85試樣。經(jīng)850℃×72h侵蝕實驗后，坩堝試樣的侵蝕部分變?yōu)楹谏�，反應層中顆粒和基質(zhì)均被侵蝕，侵蝕層中氣孔被填充變得更加致密，材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，變質(zhì)層與原磚層之間的熱膨脹系數(shù)變得不一致，在間歇式工況條件下，容易出現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)剝落。同時，在侵蝕過程中，鋁合金液中的Zn元素蒸汽從合金中逸出，在過渡層富集。

澆注料中加入K2CO3添加劑后，采用檸檬酸鈉和FS20作減水劑時，試樣的流動性最好。高溫下K2CO3易與金屬Al和O2反應生成KAlO2和CO2，使材料的抗侵蝕性能降低。采用鋁溶膠作結(jié)合劑，加入量較低時試樣抗侵蝕性能略有增加，隨著加入量的增加，澆注料流動性變差，顯氣孔率增加，抗侵蝕性能下降。

隨著BaSO4加入量的增加，試樣的顯氣孔率增大、導熱系數(shù)減小、體積密度減小、常溫和熱態(tài)強度降低。900℃時BaSO4與試樣中的Al2O3和SiO2反應生成鋇長石(BaAl2Si2O8)和富含鋇的液相，降低了基質(zhì)中SiO2和莫來石的含量，材料的抗侵蝕性能明顯提高。未加入BaSO4時坩堝試樣的侵蝕率為5.10%，加入1.0%BaSO4后坩堝試樣的侵蝕率降低到3.75%，BaSO4加入量≥2%時，坩堝試樣均無肉眼可見侵蝕。但當BaSO4加入量>2%，高溫下生成富含鋇的液相較多，試樣的常溫和熱態(tài)強度降低。BaSO4加入量較少時，材料的抗侵蝕性能得不到提高，實驗得出，BaSO4最佳加入量為2%。

隨著H3BO3加入量的增加，澆注料試樣逐漸變黃，H3BO3加入量為2%時，試樣已經(jīng)變?yōu)橥咙S色，表面有寬約0.5mm的裂紋，導致試樣顯氣孔率增大、強度下降。適量H3BO3加入后，坩堝試樣的抗侵蝕性能明顯增強，H3BO3加入量為0.1%和0.2%時，經(jīng)850℃×72h侵蝕實驗后，坩堝試樣無肉眼可見侵蝕。1200℃處理后試樣中的剛玉成顆粒狀，B2O3與Al2O3反應生成液相和一致熔融化合物9Al2O3·2B2O3，促進燒結(jié)，B1和B2試樣中剛玉顆粒間的孔隙被玻璃相填充并連接在一起。H3BO3加入量較小(0.05%)時，材料的抗侵蝕性能較差;H3BO3加入量較大(0.2%)時試樣高溫下(1200℃)產(chǎn)生裂紋，影響材料的強度。結(jié)果顯示，H3BO3最佳加入量為0.1%，最佳處理溫度為900℃。