تكرير الذوبان - وسيلة فعالة للحصول على معدن منصهر نقي

يُعد التكرير بالحرارة إحدى أكثر الوسائل شيوعًا وفعالية للحصول على معدن سائل نقي. ويُعد الحصول على سائل نقي من سبائك الألومنيوم ضمانًا وشرطًا أساسيًّا للحصول على مصبوبات من سبائك الألومنيوم عالية الجودة. ويُعد الهيدروجين المصدر الرئيسي للثغور في سبائك الألومنيوم. فهم مصدر العيوب بشكل صحيح (بما في ذلك مصدر الهيدروجين، وطريقة دخوله إلى الألومنيوم المنصهر، وشكل وجوده في الألومنيوم المنصهر، وطريقة خروجه). وتعد عملية نشوء العيوب والعوامل الرئيسية المؤثرة في هذه العمليات الأساس المنطقي لفعالية تدابير التحسين.

تكرير الصهر

في عملية صهر سبائك الألومنيوم، لا يكون الوزن الجزيئي للهيدروجين الموجود في الهواء المحيط بالمعدن كبيرًا. لذلك، يعتقد العديد من الباحثين أن الجزء الأكبر من امتصاص الهيدروجين يأتي من الرطوبة الموجودة في الهواء. وعندما تزيد درجة الحرارة عن 400C، يتولد عن تفاعل الألومنيوم وبخار الماء الموجود في الهواء جزء من ذرات الهيدروجين وجزء من جزيئات الهيدروجين. حيث يمتص الألومنيوم السائل الجزء الأول، بينما يدخل الجزء الثاني إلى الهواء.

عند توليد الهيدروجين، تتشكل أيضًا طبقة أكسيد لا تتشقق، وبالتالي يمكنها منع التفاعل المذكور أعلاه إلى حد ما. لا يوجد أكثر من عاملين يؤثران على امتصاص الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر: (1) محتوى بخار الماء المحيط بالألومنيوم المنصهر؛ (2) كثافة طبقة الأكسيد في الألومنيوم المنصهر.

مع التغير المستمر في نسبة الرطوبة في الهواء، تتغير نسبة الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر باستمرار أيضًا، وتتغير كمية المسام تبعًا لذلك. تبلغ نسبة الرطوبة في الهواء 3~4 غ/م³ في الشتاء، وتزيد عن 18 غ/م³ في الصيف. وبالتالي، تنتج قطع الصب أكبر عدد من المسام في الصيف عندما تكون رطوبة الهواء في أعلى مستوياتها. وإذا كان سطح سائل سبائك الألومنيوم مغطى بطبقة أكسيد كثيفة، فإن ذلك يمكن أن يبطئ بشكل كبير من شدة التفاعل بين الألومنيوم وبخار الماء.

في عملية تبلور المعادن، تترسب ذرات الهيدروجين وجزيئات الهيدروجين والهيدريدات بأشكال مختلفة. تنتشر ذرات الهيدروجين إلى سطح المعدن ثم تخرج من حالة الامتصاص (تتبخر). وتُزال جزيئات الهيدروجين من المعدن المنصهر على شكل فقاعات؛ بينما تُزال الهيدريدات على شكل شوائب غير معدنية. وعندما تطفو الفقاعات إلى السطح من المعدن المنصهر، تفشل بعضها في الوصول إلى السطح الفاصل وتبقى داخل المعدن المنصهر، مما يتسبب في ظهور مسام في المسبوكات.

بشكل عام، يمكن معالجة مشكلة تقليل الهيدروجين والشوائب في الألومنيوم المنصهر من ثلاثة جوانب: الوقاية، والتخلص، والذوبان، وهي:

يجب منع دخول الرطوبة إلى الفرن (وينبغي إزالة المواد المُدرجة في الفرن والأدوات وما إلى ذلك إلى أقصى حد ممكن) لمنع السبيكة من امتصاص الهيدروجين.
تخلص من شوائب الهيدروجين والشوائب المؤكسدة التي دخلت إلى الألومنيوم المنصهر.
جعل الهيدروجين الموجود في الألومنيوم المنصهر يذوب قدر الإمكان في مصفوفة السبيكة أثناء التصلب، حتى لا تتشكل مسام.

بالنسبة للهيدروجين والشوائب التي دخلت إلى الألومنيوم المنصهر، لا يمكن اتباع سوى طريقتي “التصريف” و“الذوبان”. وفي عملية تصلب سبائك الألومنيوم المصبوبة، مع انخفاض درجة الحرارة، تنخفض قابلية ذوبان الهيدروجين بشكل مستمر. لذلك، من المستحيل محاولة إذابة الهيدروجين جزئيًا أو حتى كليًّا في الألومنيوم المنصهر داخل مصفوفة السبيكة أثناء التصلب. وبهذه الطريقة، لا توجد سوى طريقة واحدة لتقليل الهيدروجين والشوائب التي دخلت إلى الألومنيوم المنصهر، وهي تكرير الصهر.