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“鑄造”是液態金屬成形工藝。處于高溫的液態金屬，在大氣中表面會被氧化，并產生氧化膜，這是眾所周知的。但是，長期以來，關于這種氧化膜對鋁合金鑄件質量的影響，基本上都只考慮金屬液中卷入非金屬夾雜物的問題，很少作更進一步的探討。
基于多年的研究，從宏觀和微觀方面發現折疊的氧化膜夾層（bi-films）對鋁合金鑄件的質量有非常重要的影響。對氧化膜夾層（bi-films）的認識是一項最令人振奮的發現。目前，我們暫將得到的初步結論和見解稱為‘氧化膜夾層（bi-films）說’。
液態鋁合金中卷入的氧化膜夾層后，其對鑄件質量的影響大體上可分為兩個方面：一是宏觀方面，除割裂金屬基體使力學性能降低外，還會誘發氣孔和小縮孔等鑄造缺陷；另一是微觀方面，對晶粒大小、枝晶間距、鋁硅合金中Na和Sr的變質效果等都有重要的影響。
一．液態金屬表面氧化膜的特性
分析氧化膜的特性，不能不同時考慮其所依附的金屬母液的密度和熔點． 在鋼、鐵方面，以鑄鋼件生產為例加以說明。鋼液被氧化產生的FeO，熔點和密度都比鋼液低得多，而且在高溫下的活性很強，基本上不可能單獨存在。FeO可以與SiO2結合成低熔點的FeO.SiO2，可以與鋼中的硅和錳作用生成MnO和SiO2 并進而結合成MnO.SiO2，也可以與鋼中的碳作用生成CO，還會有小部分溶于鋼液。如果脫氧處理不當，或出鋼后鋼液被二次氧化，都會使鋼中非金屬夾雜物增多，或使鑄件產生氣孔或表面夾渣之類的缺陷。但是，鋼液表面產生的氧化物，熔點都低于鋼液溫度，只能聚集，不可能折疊成氧化膜夾層懸浮于鋼液中，因而也就不會有氧化膜夾層所造成的各種問題。
鋁合金和鎂合金的情況則與此完全不同，現以鋁合金為例簡要地說明如下：
鋁在液態下的活性很強，鋁液表面極易與大氣中的氧作用生成Al2O3薄膜。Al2O3的熔點比液態鋁合金的溫度高得多，而且非常穩定。Al2O3的密度又略高于鋁液。因此，Al2O3薄膜易懸浮在鋁液中，不會聚集而與鋁合金液分離。
在鋁合金液發生擾動時，表面的Al2O3薄膜就會折疊成夾層，并被卷入金屬液中，從而造成許多鋁合金所特有的問題。
二．氧化膜夾層的形成及其有害作用
鋁合金在熔煉過程中、自熔爐內傾出時、變質處理過程中、以高氣流速度進行噴吹凈化處理時以及澆注過程中，鋁合金液都會受到強烈的擾動。液態金屬表面的擾動，會拉動其表面上的氧化膜，使之擴展、折疊、斷開。氧化膜斷開處露出的清潔合金液面，又會被氧化而產生新的氧化膜。氧化膜的折疊會使其朝向大氣一側的干燥表面互相貼合，并在兩干燥表面間裹入少量空氣，成為‘氧化膜夾層’。
氧化膜夾層易于卷入金屬液中，還會在擾動的金屬液作用下被擠成小團。由于Al2O3的熔點比鋁合金液的溫度高一千多攝氏度，而且具有高度的化學穩定性，小團不會熔合，也不會溶于鋁合金中。雖然Al2O3的密度略高于鋁合金液，但裹入空氣后的氧化膜夾層的密度就比較接近于鋁合金液。因此，除在大型保溫爐內長時間靜置過程中氧化膜夾層可能下沉外，在一般鑄造生產條件下，都會比較穩定地懸浮于鋁合金液中。
已經懸浮有氧化膜夾層的鋁合金液，再次受到擾動時，又會產生更多的氧化膜夾層。鑄件生產過程中，合金的熔煉、自熔爐傾出、變質處理、凈化處理、澆注等作業都會使鋁合金液產生強烈的擾動，鋁合金液中除保留原有的氧化膜夾層外，還會因再次擾動而不斷增加新的氧化膜夾層。因此，進入型腔的金屬液中都含有大量微小的氧化膜夾層。
金屬液充滿型腔后，即處于靜止狀態，被擠壓成團的氧化膜夾層會逐漸舒展成為小片狀。金屬液冷卻到液相線以下后，枝狀晶的生核和長大，又是促進被擠壓成團的氧化膜夾層舒展的因素。
鑄件凝固后，大量小片狀氧化膜夾層本身就是小裂紋，起切割金屬基體的作用，當然會使合金的力學性能降低，而危害更大的卻是誘發氣孔和小縮孔的產生。
隨著液態金屬溫度的逐漸降低，氫在金屬液中的溶解度不斷下降，但是氫以氣孔的形式自液態金屬中析出是非常困難的。均勻的液相中產生另一種新相（氣相）時，總是先由幾個原子或分子聚集而成，其體積很小。這種體積微小的新相，其比表面積（即單位體積的表面面積）極大，要產生新的界面，就需要對其作功，這就是新相的界面能，即其表面面積與表面張力的乘積。鋁合金液冷卻過程中要得到這樣大的能量，實際上是不可能的。
即使產生了新相的核心，其長大也需要很大的能量，而且只有在新相的尺寸超過某一臨界值后才有可能長大。尺寸小于臨界值的新相核心不可能長大，只會自行消失。
理論上，氣相在液相中生核、長大是非常困難的。實際上。如果沒有其他誘發因素，在氫含量基本正常的條件下，均勻的鋁合金中因氫氣析出而產生氣孔的情況，是不可能發生的。
金屬液中含有大量懸浮的氧化膜夾層時，情況就大不相同了。氧化膜夾層中大都裹有少量空氣，當金屬液的溫度降低、氫在其中的溶解度下降時，氧化膜夾層中的小空氣泡對氫而言是真空，溶于金屬液中的氫向空氣泡中擴散是非常方便的。氫向小空氣泡中擴散，使氧化膜夾層張大，就在鑄件中造成氣孔。
如果鋁合金液的凈化處理作業良好，金屬液中的氫含量很低，鑄件中產生的氣孔就會很少。但是，如果金屬液中沒有氧化膜夾層，即使金屬液中氫含量較高，凝固時氫也只能以過飽和狀態固溶于合金中，不可能產生氣孔。
如果鑄件的補縮條件不好，凝固收縮過程中會產生縮孔。由于氧化膜夾層中是空的，易于拉開，縮孔也大都在氧化膜夾層處形成。在這種情況下，溶于金屬液中的氫也會向其中擴散，使孔洞擴大。
綜上所述，可以認為：對于鋁合金鑄件，氧化膜夾層是使材質力學性能降低、導致鑄件產生針孔氣孔類缺陷的主要原因。為提高材質的力學性能，提高鑄件的致密度，采取措施消除氧化膜夾層比加強脫氣凈化作業更為重要。
三．減少乃至消除氧化膜夾層的措施
由于認識氧化膜夾層的作用為時不久，目前，對于減少或消除鋁合金液中的氧化膜夾層，還沒有成熟的經驗，這正是今后我們所要面對的課題。按目前的認知，原則上可從以下幾方面入手：
合金熔煉過程中，應盡量避免液面氧化膜的擾動。但液面以下金屬液的對流和攪動不會導致氧化膜卷入；采用噴吹凈化處理，也有脫除懸浮于金屬液中的氧化膜的作用，但處理時應盡量降低氣流速度，使其對液面氧化膜的破壞作用降到最低程度；采用‘澆包澆注’方式時，最好采用茶壺嘴式澆包，以減輕對液面氧化膜的擾動；采用低壓鑄造工藝時，如能保持液流平穩地進入型腔，則鑄件本體的力學性能會明顯高于用常規工藝制造的鑄件；工藝設計時，必須力求澆注系統中的金屬液流平穩，不產生紊流，最好采用底注方式。
此外，應特別注意作為爐料的鋁合金錠的質量。
廢金屬的回收、再利用，對于可持續發展的工業社會是非常必要的。鋁和鋁合金制品的一個重要優點就是易于回收再生和再利用，與原生鋁相比，再生鋁可減少能耗約95％。目前，全球再生鋁用量約占金屬鋁總用量的三分之一。鑄造行業中再生鋁錠的用量也很可觀。
需要強調的是，再生鋁錠的質量差別很大。用不同廠家生產的化學成分相近的鋁錠，生產的鑄件的質量可以大不相同。同一廠家提供的不同爐次的鋁錠，質量也可以有很大的差別。再生鋁錠生產過程中，對其中氧化膜夾層不加控制，可能是造成這種差別的重要原因之一。
除大力呼吁加強再生鋁錠生產過程中的質量控制外，鋁合金鑄件生產廠家選用再生鋁錠時，一定要特別注意來料的質量考核，而且應有試生產階段。有些廠家寧可以較高的價格購買原生鋁錠配料，也不是沒有道理的。
