Рафинирование расплава является одним из наиболее распространенных и эффективных способов получения чистого жидкого металла. Получение чистого расплава алюминиевого сплава является гарантией и необходимым условием для изготовления высококачественных отливок из алюминиевых сплавов. Водород является основным источником пор в алюминиевых сплавах. Правильное понимание источников пор (включая источник водорода, путь его попадания в расплав алюминия, форму существования в расплаве и способ выделения) — процесс образования пор и основные факторы, влияющие на эти процессы, являются базовой предпосылкой для эффективного меры по совершенствованию.
Расплавная рафинировка
В процессе плавления алюминиевого сплава молекулярная масса водорода, содержащегося в воздушной среде вокруг металла, не велика. Поэтому многие исследователи считают, что основной источник поглощения водорода — это влага, содержащаяся в воздухе. При температуре выше 400 °C алюминий и водяной пар в воздухе образуют как атомы водорода, так и молекулы водорода. Первые поглощаются жидким алюминием, а вторые попадают в атмосферу.
При образовании водорода также образуется оксидная пленка, которая не подвергается растрескиванию, благодаря чему она в определенной степени может предотвратить вышеуказанную реакцию. На поглощение водорода расплавленным алюминием влияют не более двух факторов: (1) содержание водяного пара в окружающей среде расплавленного алюминия; (2) плотность оксидной пленки на поверхности расплавленного алюминия.
В связи с постоянным изменением содержания влаги в воздухе содержание водорода в расплавленном алюминии также постоянно меняется, и количество пор соответственно изменяется. Содержание влаги в воздухе составляет 3–4 г/м³ зимой и более 18 г/м³ летом. Соответственно, наибольшее количество пор в отливках образуется летом, когда влажность воздуха максимальна. Если на поверхности расплава алюминиевого сплава имеется плотная оксидная пленка, это может значительно замедлить реакцию между алюминием и водяным паром.
В процессе кристаллизации металла атомы водорода, молекулы водорода и гидриды выделяются в различных формах. Атомы водорода диффундируют к поверхности металла, а затем выходят из состояния адсорбции (испаряются). Молекулы водорода удаляются из расплавленного металла в виде пузырьков; гидриды удаляются в виде неметаллических включений. Когда пузырьки всплывают из расплавленного металла, часть из них не доплывает до границы раздела фаз и остается в расплаве, образуя поры в отливке.
В целом, проблему снижения содержания водорода и включений в расплавленном алюминии можно решить с помощью трёх подходов: предотвращения, удаления и растворения, а именно:
- Не допускайте попадания влаги в печь (загрузку, инструменты и т. п. следует удалить по возможности полностью), чтобы предотвратить поглощение водорода сплавом.
- Удалите водород и окисленные включения, попавшие в расплавленный алюминий.
- Следует добиться того, чтобы во время затвердевания водород, содержащийся в расплавленном алюминии, растворился в матрице сплава в максимально возможной степени, чтобы не образовывались поры.
В отношении водорода и включений, попавших в расплавленный алюминий, можно применять только методы “слива” и “растворения”. В процессе затвердевания литого алюминиевого сплава по мере понижения температуры растворимость водорода непрерывно снижается. Поэтому невозможно добиться частичного или даже полного растворения водорода, попавшего в расплавленный алюминий, в матрице сплава во время затвердевания. Таким образом, существует только один способ уменьшения содержания водорода и включений, попавших в расплавленный алюминий, а именно — рафинирование расплава.
