氫在固態(tài)中的存在形態(tài)主要有3種：固溶體、化合物和分子態(tài)［1］。而在鋁熔體中，氫主要以下列幾種形式存在：原子態(tài)(溶解態(tài))，以H狀態(tài)溶解到鋁熔體中；氫分子態(tài)，H2和Al2O3之間有相互作用，zui早認(rèn)為H2和Al2O3以復(fù)合物形態(tài)mr－Al2,nH+存在，還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為Al2O3吸附H2,屬化學(xué)吸附，但缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù)。黃良余通過(guò)試驗(yàn)觀察證實(shí)，Al2O3吸附氫屬于物理吸附，氫氣存在于Al2O3的裂縫中，形成負(fù)曲率半徑的氫氣泡［2］；化合物，氫原子和鋁液中的某些合金元素形成氫化物存在于鋁液中。
　　到目前為止，國(guó)內(nèi)外在金屬遺傳性方面的研究很多，并且取得了很大進(jìn)展。試驗(yàn)證實(shí)，在鋁鑄件生產(chǎn)中，其組織和力學(xué)性能存在著明顯的遺傳性。Al-Ti-B中間合金經(jīng)過(guò)加工使其中的化合物細(xì)化后，能大幅度提高它對(duì)鋁的晶粒細(xì)化作用。作者認(rèn)為在細(xì)化過(guò)程中，存在著組織遺傳效應(yīng)［3］。Al-Sr中間合金變質(zhì)效果也存在著遺傳效應(yīng)［4］。遺傳效應(yīng)θn可用下式表示：
　　θn=(Kn-Cn)/Kn×100%　　　　　(1)
式中　n——第n代遺傳
　　　Kn——經(jīng)過(guò)n次重熔后金屬型試棒的力學(xué)性能
　　　Cn——經(jīng)過(guò)n次重熔后干砂型試棒的力學(xué)性能［5］
　　人們也提出原材料中的氣體存在著遺傳性，但至今尚無(wú)進(jìn)一步的理論探索和試驗(yàn)驗(yàn)證。我們將通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)原材料中氫的形態(tài)和原始含量都存在著遺傳性，并探索原料中氫的遺傳規(guī)律。同時(shí)，也將探討凝固條件、熔煉條件對(duì)原材料中氫遺傳性的影響，并提出遺傳效率的概念。

1　試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用原料為各種鋁合金。爐料的熔化采用坩堝式電阻爐熔化，坩堝為石墨粘土坩堝。鋁溶體中氫含量的測(cè)定采用英國(guó)SEVERN SCIENCE公司制造的HYSCAN Ⅱ(Hydrogen in Aluminium Analyser)測(cè)氫儀。氫含量的單位為mL/kg.該儀器采用RPT(Reduced Pressure Test)法測(cè)氫。測(cè)量精度為0.1mL/kg.具體操作為：開(kāi)機(jī)后大約抽20～30 min的真空，然后，對(duì)儀器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)調(diào)零完畢，空測(cè)一次，若儀器正常，即可進(jìn)行測(cè)試。把特制的取樣鋼勺預(yù)熱，然后取樣約100 g,打開(kāi)樣品室蓋，迅速將待測(cè)鋁液倒入樣品室中，真空系統(tǒng)瞬間(大約3～5 s)抽真空，然后開(kāi)始測(cè)試，大約5 min，測(cè)試完畢，打印機(jī)打印出結(jié)果(包括測(cè)試序號(hào)、測(cè)試日期、試驗(yàn)時(shí)間、氫含量)。

氣孔率：在試樣斷面上找一個(gè)具有代表性的面積S,用顯微硬度計(jì)，讀出該面積上的氣孔數(shù)N,把氣孔按直徑的大小分成特大、大、中、小四類，其數(shù)目分別為N特大、N大、N中、N小，面積分別為S特大、S大、S中、S小，則：

氣孔率(%)=(N特大S特大+N大S大+N中S中+N小S小)×100%/S　　　(2)

　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　氣孔的遺傳性

圖1、圖2分別為原材料斷面宏觀照片和測(cè)氫后試樣斷面宏觀照片。所用原材料的制備：相同熔煉條件下，氫含量不同的鋁液，澆到相同的砂型中制得。將原料在相同的條件下熔煉，測(cè)氫，在同一金屬型負(fù)壓下凝固得圖2中的試樣.圖3為原料氣孔率和該料熔化后氫含量的關(guān)系曲線。由圖1～圖3可見(jiàn)，爐料中的氣孔和組織、力學(xué)性能一樣，也存在著遺傳效應(yīng)，而且，在一定條件下，其遺傳性是相當(dāng)明顯的。爐料中的氣體和氧化夾雜物的原始含量存在著遺傳性，他們和鋁液中的氣體和氧化夾雜物有關(guān)，并直接影響著鋁鑄件的力學(xué)性能［1］。這一點(diǎn)和我們的試驗(yàn)結(jié)果相一致。

圖1 原材料斷面宏觀照片
Fig.1 Macrographs of sections of the raw materials

圖2 測(cè)氫后試樣斷面宏觀照片
Fig.2 Macrographs of sections of the specimens after testing

圖3 原料氣孔率和熔化后氫含量之間的關(guān)系
Fig.3 Relationship between the porosity ratio in raw
malerial and hydrogen content fater melting

2.2　凝固速度(鑄型不同)對(duì)熔體中氫遺傳性的影響

圖4為同一澆注條件下，同一爐鋁液分別澆注到濕砂型和金屬型中所得到的鑄件斷面的氣孔宏觀照片。很明顯，澆注到金屬型中的斷面沒(méi)有氣孔，而濕砂型中的斷面氣孔很明顯，但再熔化后分別在同一溫度，同一保溫時(shí)間(即測(cè)試條件相同)的情況下，測(cè)試它們的氫含量，熔化后的斷面氣孔率和氫含量如表1所示。結(jié)果是氣孔多、氣孔率高的氫含量反而少。爐料中氫的遺傳是多方面的，氫在爐料中有好幾種存在形式，而這每一種形式的氫在熔化的過(guò)程中都會(huì)發(fā)生遺傳，但遺傳的程度可能不一樣。因?yàn)?，鋁液吸氫是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，鋁液既要以各種不同的形式吸氫，同時(shí)，氫也會(huì)不斷從鋁液擴(kuò)散析出。只不過(guò)，不同階段鋁液吸氫和呼氫的程度不同，氣孔中的氫的遺傳是導(dǎo)致鋁液中zui終氫含量的一個(gè)方面。固溶于爐料中的那部分氫、以氫化物形式存在的氫、吸附于氧化夾雜物的氫、還有以其他形式存在的氫在爐料熔化的過(guò)程中都要遺傳。但各部分氫遺傳的程度即遺傳效率不同。所謂的遺傳效率是指，對(duì)于一定形式存在的氫來(lái)說(shuō)，遺傳到鋁液中的氫和爐料中的原始?xì)浜康陌俜謹(jǐn)?shù)。這里的遺傳效率和前面所提到的遺傳效應(yīng)不一樣。前者表示遺傳的量的概念，而后者則是對(duì)爐料中氫的遺傳性的定性描述。爐料中氫的存在形式不同，而且不同存在形式的氫的遺傳效率不同，這幾方面綜合作用的結(jié)果決定了鋁熔體的zui終氫含量。如上所述，在濕砂型和金屬型中，由于兩者的凝固速度不同，金屬型凝固速度很大，鋁液凝固時(shí)，絕大部分的氫來(lái)不及形成氣孔或以其他形式析出，只能以過(guò)固溶的形式存在于鑄錠中(由于S液／S固=20［6］，所以氫都以過(guò)固溶的形式存在)；而濕砂型的凝固速度相對(duì)較慢，鋁液凝固時(shí)，一部分的氫以固溶形式存在，另一部分氫則以氣孔的形式存在于試樣中。如上所述，兩種形式存在的氫的遺傳效率不同，而且以過(guò)固溶形式存在的氫的遺傳更強(qiáng)，這導(dǎo)致了上述結(jié)果。

a. 金屬型　b. 砂型
圖4 同一金屬液不同的鑄型中制得的試樣斷面宏觀照片
Fig.4 Macrographs of sections of specimens obtained from the same
melt in different moulds (left:metallic mould;right:sand mould)

表1　不同鑄型中制得的爐料熔化后的氫含量
Table 1 Hydrogen content of the materials
obtained from different moulds after melting

2.3　熔煉條件對(duì)鋁熔體氫含量及爐料氫遺傳性的影響

熔煉條件對(duì)熔體氫含量的影響，見(jiàn)表2、表3、表4。

表2　新坩堝熔化爐料熔體氫含量和保溫時(shí)間的關(guān)系
Table 2 Relationship between hydrogen content
and holding time after melting in the new crucible

表3　上述爐料二次重熔后測(cè)得的氫含量
Table 3 Hydrogen content of the remelting of above
mentioned malerial after melting for the second time

表4　坩堝經(jīng)過(guò)處理后熔化同一爐料所得的熔體氫含量
Table 4 Hydrogen content of the melt molten
in treated crucilbe with same materials

因此，我們得出結(jié)論：未經(jīng)處理的新坩堝，熔化*爐鋁料，熔體的氫含量相當(dāng)高，即使重熔，其氫含量仍然很高，見(jiàn)表2、表3。相反，經(jīng)過(guò)處理的新坩堝，熔化的鋁料，其氫含量不高，見(jiàn)表4。所以，使用新的坩堝，必須經(jīng)過(guò)處理(加熱到850 ℃以上，保溫1～2 h)。而且，從上述各表也可以看出，新坩堝對(duì)鋁料中氫遺傳性的影響是相當(dāng)明顯的。 

3　結(jié)　論

(1) 原材料中的氣孔存在著明顯的遺傳性。

(2) 原料中氫存在著遺傳性，不同形式存在的氫其遺傳效率不同，氣孔中氫的遺傳只是原料中氫遺傳的一方面。

(3) 凝固條件、熔煉條件都影響著原材料中氫的遺傳。