形成过程

液态金属成形过程及控制第一节液态金属充型过程的水力学特性及流动情况充型过程对铸件质量的影响很大可能造成的各种缺陷，如冷隔、浇不足、夹杂、气孔、夹砂、粘砂等缺陷，都是在液态金属充型不利的情况下产生的。正确地设计浇注系统使液态金属平稳而又合理地充满型腔，对保证铸件质量起着很重要的作用。

水力学特性

液态金属充型流动过程的水力学特性目前在实际铸造生产中，砂型仍占相当大的分量，而液态金属在砂型中流动时呈现出如下水力学特性：

液体金属

1.粘性流体流动：液态金属是有粘性的流体。液态金属的粘性与其成分有关，在流动过程中又随液态金属温度的降低而不断增大，当液态金属中出现晶体时，液体的粘度急剧增加，其流速和流态也会发生急剧变化。

2.不稳定流动：在充型过程中液态金属温度不断降低而铸型温度不断增高，两者之间的热交换呈不稳定状态。随着液流温度下降，粘度增加，流动阻力也随之增加；加之充型过程中液流的压头增加或和减少，液态金属的流速和流态也不断变化，导致液态金属在充填铸型过程中的不稳定流动。

3.多孔管中流动：由于砂型具有一定的孔隙，可以把砂型中的浇注系统和型腔看作是多孔的管道和容器。液态金属在“多孔管”中流动时，往往不能很好地贴附于管壁，此时可能将外界气体卷入液流，形成气孔或引起金属液的氧化而形成氧化夹渣。

4.紊流流动：生产实践中的测试和计算证明，液态金属在浇注系统中流动时，其雷诺数Re大于临界雷诺数Re临，属于紊流流动。例如ZL104合金在670℃浇注时，液流在直径为20mm的直浇道中以50cm/s的速度流动时，其雷诺数为25000，远大于2300的临界雷诺数。对一些水平浇注的薄壁铸件或厚大铸件的充型，液流上升速度很慢，也有可能得到层流流动。轻合金优质铸件浇注系统的研究表明，当Re<20000时，液流表面的氧化膜不会破碎，如果将雷诺数控制在4000～10000，就可以符合生产铝合金和镁合金优质铸件的要求。有人通过水力模拟和铝合金铸件的实浇试验证明：允许的最大雷诺数，在直浇道内应不超过10000，横浇道内不超过7000，内浇道内不超过1100，型腔内不超过280。综上分析，影响金属液流动的平稳性的主要因素是金属液的流动速度和浇注系统的形状及截面尺寸。

为此，有必要研究液态金属在浇注系统中的流动情况。

元素简介

汞

汞是一种化学元素，俗称水银(汞亦可写作銾)。它的化学符号是Hg，它的原子序数是80。它是一种很重、银白色的液态过渡金属。因着这特性，水银被用于制作温度计。

特性

汞导热性能差，而导电性能良好。

汞很容易与几乎所有的普通金属形成合金，包括金和银，但不包括铁。这些合金统称汞合金(或汞齐)。

该金属同样有恒定的体积膨胀系数，其金属活跃性低于锌和镉，且不能从酸溶液中置换出氢。通常的汞化合物中，它的化合价是+1或者+2。很少有+3价的汞化物存在。

商业上有关汞的交易一般以一个“烧瓶”的容量作单位，约重34.5公斤。

应用

汞最常用的应用是制造工业用化学药物以及在电子或电器产品中获得应用。汞还被用在温度计中，尤其是在测量高温的温度计中。

汞可以将金从其矿物中分解出来，因此经常被用在金矿中。汞还被用在气压计和扩散泵等仪器中汞的三相点是-38.8344°C，它是一个温度的标准点。

气态汞被用在汞蒸气灯中。

其它用途

水银开关、杀虫剂、牙医用的汞齐、生产氯和氢氧化钾的过程中、防腐剂、在一些电解设备中充当电极、电池和催化剂。

历史

中国人和印度人很早就知道汞了。在前1500年的埃及墓中也找到了汞。前500年左右它和其他金属一起用来生产汞齐。古希腊人将它用在墨水中，古罗马人将它加入化妆品。炼金术士以为所有的物质都是由汞组成的，假如他们能将汞固体化，汞就会化为金。

18世纪和19世纪中汞被用来将做毡帽的动物皮上的毛去掉，这在许多制帽工人中导致了脑损伤。

在西方，炼金术士用罗马神使墨丘利来命名它，它的化学符号Hg来自拉丁词hydrargyrum，这是一个人造的拉丁词，其词根来自希腊文hydrargyros，这个词两个词根分别表示“水”（Hydro）和“银”（argyros）。炼金术士给汞的符号是☿。

来源

汞是地壳中相当稀少的一种元素，极少数的汞在自然中以纯金属的状态存在。朱砂（HgS）、氯硫汞矿、硫锑汞矿和其它一些与朱砂相连的矿物是汞最常见的矿藏。大约世界上50%的汞来自西班牙和意大利，其他主要产地是斯洛文尼亚、俄罗斯和北美。朱砂在流动的空气中加热后汞可以还原，温度降低后汞凝结，这是生产汞的最主要的方式。

化合物

汞的常见化合物有：

氯化亚汞（HgCl），又称甘汞，有时还在医学中被应用。氯化汞（HgCl2），是一种腐蚀性极强的剧毒物品。雷酸汞经常被用在爆炸品中。硫化汞：又名朱砂，是一种很高质素的颜料，常用于印泥。朱砂也是一种矿石中药材，也是道士鍊丹的一种常用材料。汞的有机化合物也很重要。甲基水银是一种经常在河流或湖泊中被发现的很危险的污染物。

实验发现在电弧中惰性气体可以与汞蒸气反应。这些化合物（HgNe、HgAr、HgKr和HgXe）以范德华力相连。

同位素

汞有七种稳定的同位素，其中最丰富的是Hg-202（26.86%），寿命比较长的放射性同位素有Hg-194（半衰期444年）和Hg-203（半衰期46.612天），其他放射性同位素的半衰均小于一天。

注意

纯汞是无毒的，但它的化合物和盐的毒性非常高，口服、吸入或接触后可以导致脑和肝的损伤。因此，今天的温度计大多数使用酒精取代汞。一些医用温度计仍然使用汞因为它的精确度高。

在标准气压和温度下，纯汞最大的危险是它很容易氧化而产生氧化汞，氧化汞容易形成小颗粒从而加大它的表面面积。

虽然纯汞比其化合物的毒性低，但它依然是一种很危险的污染物因为它在生物体内形成有机化合物。

最危险的汞有机化合物是C2H6Hg，仅数微升接触在皮肤上就可以致死。

汞是一种可以在生物体内积累的毒物，它很容易被皮肤以及呼吸和消化道吸收。水俣病是汞中毒的一种。汞破坏中枢神经组织，对口、粘膜和牙齿有不利影响。长时间暴露在高汞环境中可以导致脑损伤和死亡。尽管汞的沸点很高，但在室内温度下饱和的汞蒸气已经达到了中毒计量的数倍。

因此在操作汞时要特别小心。盛汞的容器要特别防止它溢出或蒸发，加热汞一定要在一个通风和过滤良好的罩子下进行。此外，有些汞的化合物会自动还原为纯汞，而纯汞则会蒸发，这往往会被忽视。

镓

元素英文名称：Gallium

元素原子量：69.72元素类型：金属

原子序数：31

元素符号：Ga

核内质子数：31

核外电子数：31

核电核数：31

质子质量：5.1863E-26

质子相对质量：31.217

所属周期：4

所属族数：IIIA

摩尔质量：70

氢化物：GaH3

氧化物：Ga2O3

最高价氧化物化学式：Ga2O3

密度：5.907

熔点：29.78

沸点：2403.0

声音在其中的传播速率（m/S）：2740

外围电子排布：4s24p1

晶体结构：晶胞为正交晶胞。

莫氏硬度：1.5

核外电子排布：2,8,18,3

颜色和状态：蓝白色金属

原子半径：1.81

常见化合价：+3

发现过程

1875年，法国的布瓦博德朗在用光谱分析从闪锌矿得到的提取物时，发现了镓。镓的发现不仅是一个化学元素的发现，它的发现引起了科学家们对门捷列夫制定的元素周期系的重视，使化学元素周期系得到赞扬和承认。

元素描述

银白色金属。密度5.904克/厘米3。熔点29.78℃。沸点2403℃。化合价2和3。第一电离能5.999电子伏特。凝固点很低。由于稳定固体的复杂结构，纯液体有显著的过冷的趋势，可以放在冰浴内几天不结晶。质软、性脆，在空气中表现稳定。加热可溶于酸和碱；与沸水反应剧烈，但在室温时仅与水略有反应。高温时能与大多数金属作用。由液态转化为固态时，膨胀率为3.1%，宜存放于塑料容器中。

元素来源

自然界中常以微量分散于铝于矿、闪锌矿等矿石中。由铝土矿中提取制得。

元素用途

镓用来制作光学玻璃、真空管、半导体的原料。装入石英温度计可测量高温。加入铝中可制得易热处理的合金。镓和金的合金应用在装饰和镶牙方面。也用来作有机合成的催化剂。

元素辅助资料

镓在化学元素周期系建立的过程中，性质相似的元素成为一族已为化学家们接受。当时法国化学家布瓦邦德朗利用光谱分析发觉到，在铝族中，在铝和铟之间缺少一个元素。从1865年开始，他用分光镜寻找这个元素，分析了许多矿物，但是都没有成功。直到1875年9月，布瓦邦德朗在法国化学家们面前表演了一组实验，证明新元素的存在。当时布瓦邦德朗测定的新元素比重是4.7，而门捷列夫根据元素周期系推算出的比重应该是5.9～6。布瓦邦德朗又重新测定了这种新元素，证实了比重应该是5.96。他将此物质命名为gallium，元素符号定为Ga。