Proses pemurnian aluminium cair memiliki pengaruh yang signifikan terhadap pembentukan pori-pori, rongga penyusutan, dan inklusi, serta secara langsung memengaruhi sifat fisik dan mekanis coran paduan aluminium. Tanpa aluminium cair berkualitas tinggi, meskipun proses pengolahan selanjutnya sudah canggih, cacat-cacat tersebut akan tetap ada pada produk begitu terjadi, dan coran berkualitas tinggi sulit diperoleh. Oleh karena itu, kita harus memperhatikan gas dan inklusi dalam aluminium cair, serta mengambil langkah-langkah untuk menghilangkan gas dan inklusi tersebut dari aluminium cair.
Gas dan inklusi dalam aluminium cair
Gas yang terkandung dalam aluminium cair sebagian besar berupa hidrogen (sekitar 80%–90%), diikuti oleh nitrogen, oksigen, dan karbon monoksida. Hidrogen hampir tidak larut dalam aluminium padat, tetapi memiliki kelarutan yang tinggi dalam aluminium cair. Kelarutan hidrogen pada garis fasa padat adalah 0,65 mL dan 0,034 mL per 100 g aluminium cair (hidrogen pada tekanan 0,1 MPa), artinya, perbedaan kelarutan hidrogen pada fase padat dan cair adalah 19,1 kali, dan per 100 g aluminium cair, kandungan hidrogen normalnya adalah 0,1–0,4 mL. Karena perbedaan kelarutan tersebut, hidrogen cenderung keluar dari cairan logam. Ketika tekanan hidrogen lebih besar daripada tegangan permukaan dan tekanan hidrostatik, gelembung akan terbentuk, yang pada gilirannya menyebabkan munculnya lubang-lubang kecil pada hasil coran.
Oleh karena itu, dalam proses pemurnian logam cair paduan aluminium, masalah utamanya adalah kandungan hidrogen pada paduan aluminium yang tinggi, dan metode yang ada saat ini tidak dapat memenuhi persyaratan produksi coran paduan aluminium berkualitas tinggi. Biasanya, kandungan hidrogen per 100 g aluminium pada dasarnya dapat memenuhi persyaratan produksi jika nilainya berkisar antara 0,1–0,2 mL, sedangkan kandungan hidrogen per 100 g aluminium untuk persyaratan khusus (seperti coran penerbangan) harus kurang dari 0,06 mL.
Inklusi adalah segala bentuk zat padat dan zat lain selain cairan yang berada di atas titik likuidus. Pengotor non-logam yang umum ditemukan dalam aluminium cair antara lain oksida, nitrida, karbida, borida, dan sebagainya, yang sebagian besar berbentuk partikel dengan ukuran partikel khas berkisar antara 1–30 μm.
Selain akibat panas, hal ini terutama disebabkan oleh reaksi kimia yang terjadi selama proses peleburan. Ketebalan lapisan oksida pada permukaan aluminium adalah 2–10 μm, dan meningkat menjadi 200 μm ketika mendekati titik leleh. Lapisan oksida pada permukaan cairan tidak hanya lebih tebal, tetapi strukturnya juga telah berubah; sisi yang menghadap aluminium cair bersifat padat dan memiliki efek pelindung terhadap aluminium cair. Bagian luar aluminium cairnya longgar, dengan lubang-lubang kecil berdiameter 5-10 μm di dalamnya yang diisi oleh hidrogen, udara, dan uap air. Jika lapisan cair tersebut diaduk ke dalam aluminium cair, hal itu akan meningkatkan kandungan pengotor dan gas.
Selain itu, beberapa senyawa intermetalik primer yang tidak diinginkan akan muncul dalam lelehan paduan tinggi, seperti aluminium-zirkonium, aluminium-titanium, dan sebagainya, paduan aluminium yang mengandung besi juga akan membentuk fase aluminium-besi yang kaya besi, aluminium-silikon-besi, dan aluminium-silikon. Fase besi ini berupa senyawa berbentuk jarum yang secara serius merusak matriks aluminium dan memengaruhi sifat mekanisnya.
Terdapat interaksi yang kuat antara inklusi dalam paduan aluminium dan gas. Kandungan hidrogen dalam aluminium cair sangat dipengaruhi oleh inklusi. Ketika kandungan inklusi sebesar 0,002% dan 0,02%, kandungan hidrogen yang sesuai adalah 0,2 mL/100 gAl dan 0,35 mL/100 gAl. Dalam kasus kandungan hidrogen yang sama, semakin tinggi kandungan inklusi, semakin tinggi pula tingkat lubang jarum; sebaliknya, ketika aluminium cair mengandung pengotor yang sangat rendah, kandungan hidrogennya juga sangat rendah; bahkan jika hidrogen disuntikkan secara artifisial, hidrogen tersebut akan mengendap dengan sendirinya, dan dengan cepat kembali ke kandungan semula.
Meskipun hanya terdapat sedikit inklusi, nilai konsentrasi kritis untuk pembentukan pori dapat berkurang secara signifikan. Di sisi lain, ketika tidak ada inklusi (atau kandungan inklusinya sangat rendah), konsentrasi hidrogen kritis untuk pembentukan pori dapat mencapai 0,3 mL/100 g Al. Oleh karena itu, sangat penting untuk menghilangkan pengotor dan gas secara bersamaan. Terlepas dari metode pemurnian apa yang digunakan, efek degassing dan penghilangan pengotor seringkali saling berkaitan, namun masing-masing memiliki fokus tersendiri.
Kondisi terkini teknologi pemurnian logam cair paduan aluminium
Saat ini, proses komprehensif pemurnian dan penghalusan butiran aluminium cair merupakan masalah mendasar dalam memperoleh paduan aluminium berkualitas tinggi. Berdasarkan tahapan produksi yang berbeda, proses pemurnian aluminium cair dapat dibagi menjadi perlakuan di dalam tungku dan perlakuan di luar tungku. Perlakuan paduan aluminium di dalam tungku dapat dibagi menjadi teknologi pemurnian adsorpsi dan teknologi pemurnian non-adsorpsi berdasarkan mekanisme pemurniannya.
Metode pemurnian dengan adsorpsi terutama mengandalkan efek adsorpsi terhadap inklusi teroksidasi yang dihasilkan oleh bahan pemurnian, sekaligus menghilangkan inklusi teroksidasi dan hidrogen yang menempel pada permukaan untuk mencapai tujuan pemurnian aluminium cair. Pemurnian non-adsorpsi mengandalkan efek fisik dan kimia lainnya untuk mencapai tujuan pemurnian aluminium cair.
Efek pemurnian melalui adsorpsi pada aluminium cair hanya terjadi di antarmuka adsorpsi, sedangkan efek pemurnian dengan metode non-adsorpsi bekerja pada seluruh cairan aluminium secara bersamaan. Metode adsorpsi terutama meliputi pembilasan dengan gas inert, pembilasan dengan gas aktif, pembilasan dengan campuran gas, pemurnian dengan garam klorin (heksakloroetana), pemurnian dengan agen pemurnian non-toksik, pemurnian dengan pelarut, dan sebagainya; metode non-adsorpsi, terutama metode pengolahan pemurnian vakum (pengolahan vakum statis, pengolahan vakum dinamis), metode pengolahan pemurnian ultrasonik, metode pengolahan pemurnian elektromagnetik, metode kristalisasi bertekanan, metode fiksasi hidrogen unsur tanah jarang, dan sebagainya.
Saat melakukan pemurnian dengan klorin dalam proses pemurnian melalui adsorpsi Dalam proses ini, klorin dan aluminium cair bereaksi menghasilkan triklorida aluminium, sedangkan triklorida aluminium bereaksi dengan hidrogen menghasilkan hidrogen klorida, yang memiliki dampak baik secara fisik maupun kimia. Efek pemurniannya memang jelas, tetapi proses ini mencemari lingkungan dan berbahaya bagi tubuh manusia. Kemudian, gas inert (nitrogen dan argon) digunakan untuk pemurnian, bahkan gas inert dengan kemurnian 99,999% pun digunakan, namun hasilnya tidak memuaskan dan biayanya pun meningkat.
Berbagai metode digunakan untuk meningkatkan proses pemurnian, namun hasil yang diharapkan dari pemurnian dengan klorin tidak selalu tercapai. Dalam beberapa tahun terakhir, negara-negara asing telah mengadopsi pemurnian dengan campuran gas, yaitu gas inert ditambah gas aktif, yang dapat memperkuat efek penghilangan hidrogen pada lelehan dan membantu menghilangkan inklusi dalam paduan aluminium, serta membentuk terak kering di permukaan lelehan paduan aluminium. Efek pemurnian. Selain itu, jumlah campuran klorin dapat dikendalikan dengan mudah, dan dampaknya terhadap lingkungan tidak terlalu besar.
Dalam teknologi pengolahan pemurnian adsorpsi, melalui inovasi dan transformasi proses, telah dikembangkan berbagai metode praktis untuk pengolahan cairan aluminium: seperti degassing rotasi dengan gas inert, filtrasi keramik berbusa, pengolahan dengan penyemprotan bubuk, serta penggunaan gabungan antara degassing rotasi dan pengolahan dengan penyemprotan bubuk, dan sebagainya. Di antara teknologi pemurnian non-adsorpsi, metode fiksasi hidrogen unsur tanah jarang juga merupakan salah satu arah pengembangan di masa depan.
