تنقية العناصر الشوائب في صب الألومنيوم المنصهر

تتمثل عملية تنقية العناصر الشائبة في الألومنيوم المنصهر في إزالة الحديد والعناصر الشائبة الأخرى. ويُعد الحديد العنصر الشائب الرئيسي في سبائك الألومنيوم. وفيما يتعلق بسبائك 6063، ينص المعيار الوطني على ألا يتجاوز محتوى الحديد 0.35. وإذا تم استخدام سبائك الألومنيوم الصناعية من الدرجة الأولى في الإنتاج، فيمكن عمومًا التحكم في نسبة الحديد بحيث تقل عن 0.25. ومع ذلك، إذا تم استخدام كميات كبيرة من الألومنيوم المعاد تدويره أو الألومنيوم الخارجي الآخر بهدف خفض تكاليف الإنتاج، فسوف تتجاوز نسبة الحديد المعيار بسهولة. تدفق التكرير يُستخدم عادةً لتنقية العناصر الشائبة.

تنقية العناصر الشوائب

يوجد شكلان للحديد (Fe) في الألومنيوم، أحدهما هو الطور β ذو البنية الإبرية (Al9Fe2Si2)، والآخر هو الطور α ذو البنية الحبيبية (Al12Fe3Si). وتؤثر البنى المختلفة للأطوار بشكل مختلف على سبائك الألومنيوم. تعتبر المرحلة β ذات البنية الرقائقية أكثر تدميرًا بكثير من المرحلة α ذات البنية الحبيبية. يمكن أن تؤدي المرحلة β إلى جعل سطح مقطع الألومنيوم خشنًا، وتؤثر سلبًا على الخصائص الميكانيكية ومقاومة التآكل. وبعد أن يتحول لون سطح المقطع إلى اللون الأزرق، ينخفض اللمعان، ولا يمكن الحصول على اللون النقي بعد التلوين، لذا يجب التحكم في محتوى الحديد.

من أجل الحد من الآثار الضارة للحديد وتحقيق تنقية العناصر الشوائب، يمكن اتخاذ التدابير التالية:

تُطلى جميع الأدوات المستخدمة في عمليات الصهر والسبك بطلاء قابل للشطف قبل استخدامها، مما يقلل من ذوبان الحديد في الألومنيوم المنصهر.
صقل الحبيبات، وجعل الطور الحديدي أكثر نعومة وأصغر حجمًا، والحد من آثاره الضارة.
أضف كمية مناسبة من السترونتيوم لتحويل الطور β إلى الطور α وتقليل آثاره الضارة.
الانتقاء الدقيق للمواد الخردة، بهدف الحد قدر الإمكان من دخول الأسلاك الحديدية والمسامير وبرادة الحديد وغيرها من الحطام إلى فرن صهر الألومنيوم، مما يؤدي إلى زيادة نسبة الحديد فيه.

تأثير العناصر الشوائب الأخرى

تقل نسب العناصر الشوائب الأخرى في سبائك الألومنيوم الكهربائية عن المعيار الوطني، وقد تتجاوز هذا المعيار عند استخدام نفايات الألومنيوم المعاد تدويرها. وفي عملية الإنتاج، يجب التحكم في كل عنصر على حدة بحيث لا يتجاوز المعيار، كما يجب ألا يتجاوز إجمالي كمية العناصر الشوائب المعيار المحدد. وعندما لا يتجاوز محتوى عنصر واحد المعيار، لكن الكمية الإجمالية تتجاوزه، فإن عناصر الشوائب هذه تؤثر أيضًا بشكل كبير على الجودة. وقد أثبتت الممارسة أنه عندما يصل محتوى الزنك إلى 0.05، تظهر بقع بيضاء على سطح المقطع بعد الأكسدة، لذا يجب التحكم في محتوى الزنك بحيث يظل أقل من 0.05.