تشمل طرق تحضير العناصر المعدنية في سبائك الألومنيوم الإضافة المباشرة للمعادن النقية وإضافة المواد المضافة المعدنية.
طرق تحضير العناصر المعدنية
طريقة إضافة المعدن النقي
يمكن عمومًا إضافة عناصر السبائك التي يتجاوز تركيزها الأقصى في الحالة الصلبة 1% (التركيز المولي الذري)، مثل الفضة والنحاس والغاليوم والجرمانيوم والليثيوم والمغنيسيوم والسيليكون والزنك، مباشرةً بعد عملية التكسير البسيطة.
طريقة إضافة المواد المضافة المعدنية
طريقة إضافة السبائك الأساسية، حيث تُستخدم عادةً تركيبات وخصائص السبائك الأساسية المختلفة. وهناك نوعان من طرق تحضير العناصر المعدنية.
النوع الأول هو السبائك الوسيطة التي يتم تحضيرها من المعدن نفسه، مثل سبائك الألومنيوم والنحاس، والألومنيوم والحديد، والألومنيوم والمنغنيز، والألومنيوم والنيكل، والألومنيوم والسيليكون، والألومنيوم والكروم، وما إلى ذلك. وتُستخدم هذه السبائك بشكل أساسي كمكونات عنصرية تُضاف إلى السبيكة الأم.
أما النوع الثاني، فبسبب عدم استقرار العناصر المعدنية نفسها في الطبيعة (سهولة تأكسدها)، تُستخدم السبائك الوسيطة المُحضَّرة باستخدام أملاح الفلوريد، مثل سلسلة الألومنيوم 5 والتيتانيوم 1 والبورون، والألومنيوم والبورون، والألومنيوم والزركونيوم، والألومنيوم والبيريليوم، وما إلى ذلك، تُستخدم بشكل أساسي لتحسين بنية قوالب الألومنيوم أو عملية الصب، ولا تُضاف كمكون.
مزايا وعيوب إضافة السبائك الرئيسية والمعادن النقية مباشرةً. أولاً وقبل كل شيء، يجب التأكيد على أنه بغض النظر عن العلامة التجارية لسبائك الألومنيوم التي يتم تحضيرها، فإن المحاليل الصلبة المختلفة أو المركبات المكونة من عناصر السبائك والألومنيوم أو عناصر أخرى لا علاقة لها بطريقة إضافة العنصر المعدني.
طريقة إضافة المواد المضافة المعدنية المسحوقة
مسحوق المواد المضافة المعدنية تُعد هذه الطريقة نسخة أخرى من طريقة الإضافة المباشرة للمعادن، وتكمن جوهرها في الإضافة المباشرة للمعادن ذات درجة الانصهار العالية. وتُعد كيفية معالجة مشكلة الذوبان السريع لعناصر السبائك أهم مشكلة يتعين حلها في عملية الإضافة المباشرة. ولضمان إمكانية إذابة المعدن وامتصاصه في أسرع وقت ممكن، يتم تحبيب المعدن وطحنه إلى مسحوق لزيادة مساحة سطحه. ولتسريع ذوبان المسحوق في سائل الألومنيوم، يُضاف مادة التذويب المناسبة لمنع أكسدة مسحوق المعدن وارتفاع درجة الحرارة. ولتقليل فقدان الحرق، تُضاف بعض عوامل الاختزال، وتُستخدم طريقة القولبة بالضغط.
في سياق الممارسات الإنتاجية، عند اختيار المواد المضافة، يجب مراعاة ثلاثة عوامل رئيسية:
1) المدة الزمنية اللازمة لذوبان العناصر المعدنية وامتصاصها. فإذا كانت هذه المدة طويلة جدًّا، فسيزداد استهلاك الطاقة أثناء عملية الصب، مما سيؤثر على سير العملية بسلاسة.
2) إن استقرار امتصاص العناصر المعدنية يتسم عمومًا بالتناسب، ولن تكون هناك تقلبات بين المستويات العالية والمنخفضة، وهو أمر بالغ الأهمية في عملية تحضير السبائك.
3) ما هو معدل امتصاص العناصر المعدنية؟ يتعرض جزء من المسحوق للتأكسد أثناء إنتاج وتخزين مسحوق المعادن. وعند إضافة المواد المضافة إلى ماء الألومنيوم الساخن، تنشأ كمية معينة من الحرق نتيجة لتفاعل الأكسدة العنيف.
سواء كانت المادة المضافة المعدنية من النوع المسحوق أو سبيكة وسيطة مصنوعة عن طريق صهر المعدن والألومنيوم، فإن الهدف هو تحضير عناصر السبيكة الرئيسية، والتي يمكن اعتبارها مواد مضافة معدنية، لكن المادة المُذابة تختلف. فالمواد المضافة المعدنية من النوع المسحوق هي مواد مُذابة؛ وهي عبارة عن جزيئات ملح أو مسحوق، أما المادة المُذابة في السبيكة الرئيسية فهي الألومنيوم.
ثلاثة مبادئ أساسية لاستخدام المضافات المعدنية: (1) تذوب العناصر المعدنية وتنتشر في وقت قصير. (2) تتمتع العناصر المعدنية باستقرار امتصاصي جيد، كما أنها سهلة التحضير. (3) معدل امتصاص عالٍ للعناصر المعدنية.
