Mercury Marine 公司采用新除气系统

Mercury Marine 公司是美国Brunswick 公司的下属分公司，Mercury Castings铸造厂是Mercury Marine 公司下属厂，建在美国威斯康星州的Fond du Lac,于20世纪90年代建成，该厂是船用引擎和部件的全球领先制造商，除了生产高压压铸机部件用于引擎之外，还加工生产娱乐、农业、工业和汽车工业的部件。目前，Mercury Castings铸造厂有超过40台压铸机在生产运行中，主要采用废铝作为原料，原铝仅占5%。

在高压压铸机的研究和开发方面，Mercury Marine 公司也处于领先地位，已经开发出来许多注册专利的铝合金，满足用户对引擎的性能、耐用性和可行性的需求。

Mercury Marine 公司在铸造厂安装了能降低孔隙性风险的先进超声波除气系统。

超声波除气

传统的超声波除气研究可以追溯到20世纪70年代冷战时期的苏联，利用高强度超声在铝水中生成空穴气泡，这些空穴气泡寿命非常短，在其存在的短时间里，其中一些空穴气泡收集溶解的氢并飘浮到表面，另外有氧化物膜和重金属氧化物被这种强压力波打碎并在熔体里扩散开来。尽管小型实验室显示，在清理过程中采用这种除气和清理是有效的，但对于工业生产，这一工艺技术并不太有效。

美国Southwire 公司在超声波除气系统实现了两大技术飞跃，使向铸造厂和锻造厂提供洁净铝金属所必须拥有的耐用性和效率成为可能。

第一个技术飞跃是在强超声波场引入吹洗气体，第二个技术飞跃是开发出来陶瓷超声波喷头。

传统吹洗除气依靠几种方法使气体进入熔体，但都不理想。现代方法是利用一个旋转的转子在熔体里散开气泡，采用氢气时达到最高效率。超声波除气系统引入吹洗气体通过一强的声波场，和传统方法相比拥有3倍的效果。吹洗气体在空穴气泡破碎之前收集空穴气泡，极大地增加了超声波除气效果。声波场打碎吹洗气泡，变成可能最小气泡和收集铝水中的夹杂物，气泡表面积实现最大化，声波场通过声波流在向下运动中分布这些气泡，达到彻底处理铝柱，超声波除气展示的效果和采用氢气或氮气的效果一样。

研究开发陶瓷喷头为超声波除气系统提供了耐用性。传统的除气系统中，超声波通过钛金属喷头进入熔体，然而，在铝熔体里，钛金属喷头仅能使用九分钟就因为化学浸蚀和机械磨损而不能用了；采用耐火材料金属制成的喷头，例如金属及其合金，在最好情况下，使用时间稍长一些，可用12个小时，但成本太高。而Southwire 公司研究开发的陶瓷喷头，性能达到最佳化，可使用超过500个小时，在连续使用期间，只需要每两天对陶瓷喷头进行5分钟清理和打磨。

减少孔隙

Mercury Castings铸造厂拥有超过40台高压压铸机，配置有一座电动辐射静置炉；铝水采用大铝水包，用叉车运输；有一座二次熔炉，可熔化所有类型铝废料，生产高压压铸机所用注册专利的铝合金。在熔炉放流后，铝水进入静置炉，达到稳定温度，装备有一个2000磅大型铝水包接收来自静置炉的铝熔体，然后送到旋转除气站（采用氮气），停留5分钟，再送到铸造机。

在熔体里空气产生的孔隙由压铸机捕获，这是压铸生产的一个主要担忧，因为孔隙会留在铸造部件里，造成各种缺陷，特别具有挑战的是因为孔隙缺陷并不经常被发现，直至和另一部件连接，如果在此阶段后，进行加工，发现了孔隙缺陷，两种部件都必须报废。在Mercury Castings铸造厂，一个报废铝组件成本超过一个单一的铝铸件的成本。为应对这一挑战，Mercury Castings铸造厂引入了该超声波除气技术。

2016年5月， Mercury公司采用一个双喷头超声波除气系统，利用氮气装在一台高压压铸机的浸渍井（dip well）对一个最普通的铝铸件进行了两天的试验，每个铸造周期重量为15磅，通过实时溶解氢分析，确定工艺在超声波除气工作6小时后达到稳态，这在本质上更具有学术研究价值。

这一试验提供了一个统计值，展示铸造体密度上升，X光分析也证实了这一点。当时没有进行正式的成本效益分析，因为试验中所展示的效益是重要并且令人信服的。所以Mercury公司决定向前走一步，购买一台双头超声波除气系统，该系统可以在工厂里移动，用于最需要减少孔隙的部件生产。

2018年4月，这一系统安装在一台高压压铸机的浸渍井试车。超声波除气系统安装在一台生产AA 380.1合金的压铸机上，这一合金铸件对孔隙十分敏感，并且在机加工之前要进行涂漆和涂层工序，这表明如果部件显示有孔隙缺陷，不能只经过简单重熔工序就能回收，其铸造的和机加工增值工序在部件报废时都损失了。此外，还有在内部重熔部件之前，损失的时间和对环保负责任的去涂漆的花费，所有这些加到一起，一种部件报废成本约为25万美元/年。

超声波除气系统连续运行4天，起始H2值为0.20-0.25ml/100g，最低值为0.03ml/100g，这一低值表示H2水平在熔体中远远处于平衡状态之下，因此在凝固时没有产生氢气孔隙的机会。

对没有安装超声波除气系统的铸件的历史数据和安装超声波除气系统连续运行4天的初步试验废品率加以比较，废品率从10%下降到1%，最少节省了约为19.2万美元，这不包括机加工时间的节省或者节省浸渍过程工序的潜在优势。节省浸渍费用12万美元，机加工成本7.5万美元，总共成本节省了38.7万美元/年。

结论

通过采用先进的超声波除气工艺技术，Mercury Castings铸造厂能够控制铝铸件中孔隙缺陷到一定限度，从而减少生产中报废部件的数量，对于这一新技术的投资体现在已故Mercury Marine 公司前冶金学家、Ray Donabue 博士的声明中：“我的工作是发现最好新技术，并带到Mercury Marine 公司，这样我们能制造更好的船用引擎。”