铝是地壳中含量最丰富的金属元素，它在地壳中的含量仅次于氧和硅，在金属品种中第二大类金属，仅次于钢铁。铝在工程应用中极具竞争力，一般是采用砂型模或金属模将加热为液态的铝或铝合金浇入模腔，而得到的各种形状和尺寸的铝零件或铝合金零件，具体步骤如下：配料→装炉→熔化→搅拌→配合金→转炉→精配合金→铝液精炼→精密过滤→铸造→均质→锯切。

铝合金产品

其中，低压铸造是铝合金铸造的主要方式。它是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造，其优点表现在以下几个方面：

①液体金属充型比较平稳；

②铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更为有利；

③铸件组织致密，机械性能高；

④提高了金属液的工艺收得率。

而在低压铸造机上，升液管是非常关键部件之一，它的性能直接影响铸件的质量和生产效率。使用时，升液管安装于低压铸造机上，下端插入合金熔炼装置内，将700℃左右熔炼好的铝合金溶液从熔炼装置的下部由下而上抽出，用于汽车轮毂、发动机缸盖等零部件的铸造。

铝合金低压铸造机

由于在连续生产中，升液管要不断反复地收到空气压力大小变化的冲击和熔液上下流动的冷热冲击，这时的升液管不能有任何的漏气，在高温下长期的浸泡和冲刷也不能使升液管有明显的浸蚀和剥落。因此为了承受如此苛刻条件，升液管必须要具备良好的抗铝合金溶液的侵蚀性能、良好的抗热震性，同时还要具有良好的气密性和抗热冲击疲劳性。

用肉眼就能feel到铝合金液的高温

升液管材料的性能对比

目前，铝合金低压铸造用升液管主要分为两种，一种是由铸铁、不锈钢等金属制成的金属升液管，另一种是由石墨、钛酸铝、氮化硅结合碳化硅、氮化硅等制成的非金属升液管。

金属升液管长期浸泡在铝合金溶液中，合金溶液对其侵蚀严重，导致铸件污染，影响产品质量。非金属升液管中，石墨材料的抗氧化性差、耐磨性差，寿命短；钛酸铝材质的升液管强度不高，抗热冲击性不及氮化硅结合碳化硅材质的；氮化硅结合碳化硅质升液管强度高、抗热震性好、耐铝水侵蚀，但气密性较差。

而氮化硅(Si₃N₄)陶瓷具有高强度、高硬度及耐高温等性能，硬度可达HRA91~93；热硬性好，能承受1300~1400℃的高温；与碳和金属元素化学反应较小导致其摩擦系数较低；具有自润滑性，因此耐磨损；抗腐蚀能力较强，除了氢氟酸以外，它不与其它无机酸发生反应，高温时还具有抗氧化能力；它还具有良好的抗热震性，在空气中急剧冷却再急剧加热也不会碎裂；氮化硅陶瓷高温蠕变小，在高温和固定负载的作用下，所产生的缓慢塑性形变很小。

各种氮化硅陶瓷产品

此外，Si₃N₄陶瓷还具有高比强、高比模、高热导率、优良的电学性能等优点，因此在高温、高速、强腐蚀介质等极限环境下具有特殊的应用价值，被誉为是结构陶瓷家族中综合性能最为优良的一类，理所当然的也成为了制备升液管的理想材料。

氮化硅升液管的优势

氮化硅升液管的优势很明显，基本都继承于氮化硅本身的性能，如：

①耐高温、耐腐蚀、与铝熔液等有色金属熔液不浸润；

②热膨胀系数低，优异的导热性；

③抗热震稳定性优异，热冲击性强，不炸裂；

④抗氧化，使用寿命长。

氮化硅升液管

不过也有人认为氮化硅的成本偏高阻碍了它在升液管上的应用。成本高主要分为三部分，一是原材料成本相对较高，尤其是高纯的氮化硅粉体，往往占制品价格的25%-50%，甚至更高；二是生产工艺较复杂，由于Si₃N₄是以共价键为主的化合物，键强大，键的方向性强，结构中缺陷的形成和迁移需要的能量大，难以烧结，同时由于Si₃N₄本身结构不够致密，因此为提高性能需要添加少量氧化物烧结助剂，通过液相烧结使其致密化；三是难加工，由于材料本身硬度高，导致陶瓷材料只能采用磨加工的方式，加工效率低，也会导致成本的增加。

但升液管该不该用氮化硅这事得综合来看，考虑到氮化硅本身的优秀性能，使用以它为原料制备的升液管在提高铸件质量的同时，还能够显著降低低压铸造的运行成本。从行业数据来看，氮化硅升液管的使用寿命是传统升液的5-20倍，因此可以大大减少升液管的更换次数，充分保证了生产的连续化和自动化，非常适用于炼铝行业，有色冶炼行业等。

总而言之，所谓好钢用在刀刃上，氮化硅对于升液管正是如此，氮化硅升液管绝对有实力成为铝合金铸造业的一把好刀，非常值得投入！

 

粉体圈NANA

本文为粉体圈原创作品，未经许可，不得转载，也不得歪曲、篡改或复制本文内容，否则本公司将依法追究法律责任。