دراسة بعض القضايا في مجال مرشحات الألومنيوم والسيراميك المسامية

تتخصص شركة Adtech في إنتاج مرشح خزفي مسامي, ، الذي يعمل على تصفية الشوائب من الألومنيوم المنصهر.

المحتويات

1. الغاز في الألومنيوم المنصهر

2. كيفية إنتاج الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر

3. تأثير الغاز على سبائك الألومنيوم

4. مصدر الشوائب 5. التفاعل بين الشوائب والهيدروجين
1. الغاز في الألومنيوم المنصهر
الغاز الموجود في الألومنيوم المنصهر هو الهيدروجين بشكل أساسي، بنسبة تتراوح بين 80% و90%، يليه النيتروجين، والأكسجين،,
أول أكسيد الكربون؛ الهيدروجين غير قابل للذوبان عمليًّا في الألومنيوم الصلب، لكنه قابل للذوبان بدرجة كبيرة في الألومنيوم السائل. تبلغ قابلية ذوبان الهيدروجين فوق خط الصلابة وتحته 0.65 مل و0.034 مل لكل 100 غرام من الألومنيوم السائل (عند ضغط 0.1 ميجا باسكال)، أي أن الفرق في قابلية ذوبان الهيدروجين بين الطورين الصلب والسائل يبلغ 19.1 مرة، ولكل 100 غرام من الألومنيوم المنصهر، يبلغ المحتوى الطبيعي للهيدروجين في الدم 0.1~0.4 مل. ونظرًا للاختلاف في قابلية الذوبان، يميل الهيدروجين إلى الهروب من المادة المنصهرة. وعندما يكون ضغط الهيدروجين أكبر من التوتر السطحي والضغط الهيدروستاتيكي، تتشكل فقاعات، مما يؤدي بدوره إلى ظهور ثقوب دقيقة في المسبوكات. لذلك، فإن المشكلة الرئيسية في تنقية سائل سبائك الألومنيوم هي ارتفاع محتوى الهيدروجين في سبائك الألومنيوم، وعدم قدرة الطرق الحالية على تلبية متطلبات إنتاج مسبوكات سبائك الألومنيوم عالية الجودة. عادةً، عندما يكون محتوى الهيدروجين لكل 100 غرام من الألومنيوم في نطاق 0.1~0.2 مل، فإنه يمكن أن يلبي متطلبات الإنتاج بشكل أساسي. أما بالنسبة للمسبوكات ذات المتطلبات الخاصة (مثل مسبوكات الطيران)، فيجب أن يكون محتوى الهيدروجين لكل 100 غرام من الألومنيوم أقل من 0.06 مل.
2. كيف يتم إنتاج الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر (1)؟
الهيدروجين هو غاز يمكن أن يكون له درجة معينة من الذوبان في الألومنيوم المنصهر. وينتج ذلك عن تفاعل الألومنيوم السائل مع الرطوبة في ظروف الصهر.
هناك عدة مصادر للرطوبة الناتجة عن التفاعل: 1. الرطوبة الموجودة في الهواء 2. نواتج احتراق الوقود 3. الرطوبة الممتصة على سطح الحمولة 4. تذوب الشحوم المتبقية على الخردة. ينبعث غاز الهيدروجين عند غمر الخردة في درجة حرارة عالية، أو عندما تتفاعل الشحوم مع المعدن المنصهر، أو عند تشقق الخردة. 5. الرطوبة التي تمتصها الأدوات داخل الفرن. بعض الأدوات المستخدمة للتغذية أو التقليب أو إزالة الرغوة تمتص الرطوبة بشكل طبيعي. 6. الرطوبة الممتصة أو المرتبطة كيميائيًا بعوامل التنظيف الصلبة أو بقاياها. ومن المنتجات الثانوية للتكرير باستخدام الكلور أملاح الكلوريد للألومنيوم والمغنيسيوم. تتميز أملاح الكلوريد هذه بقدرة امتصاص عالية وتلتصق بالأدوات أو بالجدران الداخلية للفرن.
2. كيف يتم إنتاج الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر؟ (2)
7. قبل أن يتلامس سطح الحاوية الجافة مع الألومنيوم المنصهر، إذا لم تكن طبقة الطين المقاوم للحرارة، أو فرن الصهر أو الاحتفاظ المصنوع من مواد مقاومة للحرارة، أو بطانة الفرن، أو القناة المصنوعة من مواد مقاومة للحرارة قد جفت تمامًا، فإن كل ذلك يؤثر سلبًا على تكوين الهيدروجين. 8. الغاز: قد يحتوي الغاز الذي يتم إدخاله إلى الألومنيوم المنصهر لأغراض تكرير متنوعة على رطوبة. إذا تم الإصرار على استخدام بعض الطرق لتقليل الرطوبة التي تدخل إلى المعدن المنصهر، فسوف ينخفض محتوى الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن ذوبان الهيدروجين وتكوين الأكاسيد يزدادان مع ارتفاع درجة الحرارة، فيجب التحكم بدقة في درجة الحرارة داخل الفرن. وإن أمكن، يجب أن تكون درجة الحرارة القصوى أثناء الصهر أقل من 760 درجة مئوية. أثناء الصهر، وبالإضافة إلى الذوبان، سيتولد الهيدروجين أيضًا ويدخل الألومنيوم المنصهر بسبب التفاعل بين الألومنيوم المنصهر والرطوبة الموجودة في الهواء أثناء نقل أو صب سائل الألومنيوم، خاصةً عندما يتم دحرجة طبقة الأكسيد الموجودة على سطح السائل وتدميرها. يكون ذوبان الهيدروجين أبطأ عندما يكون مستوى السائل ثابتًا.

تتخصص شركة Adtech في إنتاج مرشح خزفي مسامي, ، الذي يعمل على تصفية الشوائب من الألومنيوم المنصهر.

3. تأثير غاز الألومنيوم السائل على جودة الألومنيوم (1)
يوجد الهيدروجين في الغلاف الجوي، وهو شديد الذوبان في الألومنيوم المنصهر. ويمكن أن يؤدي الهيدروجين المحبوس في الألومنيوم المنصهر إلى ظهور بقع بيضاء أو مسام، مما يؤثر سلبًا على المنتج النهائي. فعلى سبيل المثال، قد لا تحقق هذه المنتجات المصنوعة من الألومنيوم الخصائص الميكانيكية أو الفيزيائية المقبولة، وقد يؤثر ذلك سلبًا على مقاومة الشد. قد تتسبب شوائب الهيدروجين أيضًا في حدوث تشققات إجهاد في المواد. وقد تنجم عمليات رفض الصب عن وجود ثقوب دقيقة في المسبوكات أو الأسطح المُشغَّلة، أو عن حدوث تسربات عندما يُطلب من المسبوكات تحمل الضغط دون حدوث تسرب. وقد تتسبب المسامية في ظهور فقاعات في المنتجات المطروقة، والمنتجات المبثوقة، والألواح الرقيقة والسميكة عند معالجتها من سبائك مستديرة. كما تشير الخصائص السطحية الرديئة للمادة، مثل التفتت أثناء الصب وتكوّن الرغوة أثناء المعالجة الحرارية للمادة، إلى وجود الهيدروجين.
3. تأثير غاز الألومنيوم المنصهر على جودة الألومنيوم (2)
يكون الهيدروجين أكثر قابلية للذوبان في الألومنيوم السائل بنحو 20 ضعفًا مقارنةً بالألومنيوم الصلب. ونظرًا للاختلاف في قابلية الذوبان، يميل الهيدروجين إلى التسرب من المحلول أثناء عملية التصلب، أو الانتشار ببطء، أو تكوين فقاعات بسرعة لتوليد جزيئات الهيدروجين. تتشكل الفقاعات عندما يكون ضغط الهيدروجين أكبر من التوتر السطحي والضغط الهيدروستاتيكي. وبهذه الطريقة، إذا كان محتوى الهيدروجين في سائل الألومنيوم مرتفعًا أثناء عملية التصلب، فسيتواجد الهيدروجين في شكل محلول صلب، أو مسام، أو نقاط انكسار. ولذلك، من المهم التحكم في محتوى الهيدروجين عند مستوى منخفض للحصول على مصبوبات عالية الجودة.

إذن، فإن وحدة إزالة الغازات يمكن أن تحل التقنية التي طورتها شركة Adtech مشكلة الغاز الزائد في الألومنيوم المنصهر.
3. مصادر الشوائب في الألومنيوم المنصهر
تشير «الشوائب» إلى أي مادة صلبة تقع فوق خط السائل، أو أي مادة صلبة، أو أي مادة غير سائلة. تشمل الشوائب غير المعدنية الشائعة في الألومنيوم المنصهر الأكاسيد، والنتريدات، والكربيدات، والبورييدات، وما إلى ذلك، وتكون في الغالب على شكل جسيمات، ويتراوح حجم الجسيمات النموذجي بين 1 و30 ميكرون. وبالإضافة إلى أنها تأتي من الحمولة، فإنها تنتج بشكل أساسي عن التفاعلات الكيميائية أثناء عملية الصهر. يبلغ سمك طبقة الأكسيد على سطح الألومنيوم 2-10 ميكرون، ويزداد إلى 200 ميكرون عندما يقترب من نقطة الانصهار. ولا تكون طبقة الأكسيد على سطح السائل أكثر سمكًا فحسب، بل يتغير هيكلها أيضًا؛ حيث إن الطبقة الكثيفة الموجودة على الجانب المواجه لسائل الألومنيوم لها تأثير وقائي على سائل الألومنيوم. الجانب الخارجي للألومنيوم غير متماسك، وتوجد بداخله مسام صغيرة يتراوح حجمها بين 5 و10 ميكرون، وهي مملوءة بالهيدروجين والهواء وبخار الماء. وإذا تم تقليب الطبقة السائلة داخل الألومنيوم، فسوف تضيف شوائب وغازات. بالإضافة إلى ذلك، ستكون هناك بعض المركبات الفلزية الأولية غير المرغوب فيها في منتجات الألومنيوم عالية السبائك، مثل الألومنيوم-الزركونيوم، والألومنيوم-التيتانيوم، وما إلى ذلك، كما ستشكل سبائك الألومنيوم المحتوية على الحديد أيضًا مراحل من الألومنيوم-الحديد الغنية بالحديد ومراحل من الألومنيوم-السيليكون-الحديد. وتؤثر هذه الشوائب بشكل مباشر على الخصائص الميكانيكية للمنتج.
3. التفاعل بين الشوائب والهيدروجين في الألومنيوم المنصهر

تتخصص شركة Adtech في إنتاج مرشح خزفي مسامي, ، الذي يعمل على تصفية الشوائب من الألومنيوم المنصهر.

يوجد تفاعل قوي بين الشوائب والغاز في سبائك الألومنيوم، ويتأثر محتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر تأثراً كبيراً بالشوائب. عندما يكون محتوى الشوائب 0.002% و 0.02%، يكون محتوى الهيدروجين المقابل 0.2 مل/100 غرام من الألومنيوم و 0.35 مل/100 غرام من الألومنيوم. في حالة وجود نفس محتوى الهيدروجين، كلما زاد محتوى الشوائب، زادت نسبة الثقوب الدقيقة؛ وعلى العكس من ذلك، عندما يكون محتوى الشوائب في سائل الألومنيوم منخفضًا جدًّا، يكون محتوى الهيدروجين منخفضًا جدًّا أيضًا، وحتى إذا تم إدخال الهيدروجين صناعيًّا، فإنه سيرسب تلقائيًّا، ويعود سريعًا إلى محتواه الأصلي.

تتخصص شركة Adtech في إنتاج مرشحات خزفية مسامية, ، والتي يمكنها امتصاص وتصفية الشوائب الموجودة في الألومنيوم المنصهر.