Алюминиевый сплав легко впитывает воздух и окисляется в процессе литья, в результате чего в расплаве появляются газ и различные неметаллические включения, что приводит к появлению в слитке рыхлости, пористости, включений и других дефектов, значительно снижает механические свойства, технологичность, усталостную прочность, коррозионную стойкость, стойкость к анодному окислению и другие свойства алюминия, а также приводит к браку продукции. Кроме того, под влиянием сырья и вспомогательных материалов в расплаве могут присутствовать некоторые другие металлы, вредные для него, такие как Na, Ca и металлы щелочно-земельных элементов. Некоторые щелочные металлы оказывают негативное влияние на свойства большинства алюминиевых сплавов. Например, натрий в α-Mg-сплавах с высоким содержанием магния не только вызывает “натриевую хрупкость”, но и снижает текучесть расплава, а также ухудшает литейные свойства сплавов. Поэтому для обеспечения качества продукции необходимо применять специальный процесс дегазации алюминия, позволяющий удалить газ, неметаллические включения и другие вредные металлы из алюминиевого сплава.
Требования к очистке расплава алюминия и алюминиевых сплавов варьируются в зависимости от назначения материала. В целом, для изделий с общими требованиями содержание водорода должно поддерживаться на уровне не более 0,15–0,2 мл/(100 га), а размер отдельной частицы неметаллического включения — не более 10 мкм; для авиационных материалов с особыми требованиями содержание водорода в фольге «двойное ноль» должно поддерживаться на уровне ниже 0,1 мл/(100 га), а размер отдельной частицы неметаллического включения — быть менее 5 мкм. Разумеется, ввиду различий в методах определения измеренное содержание водорода будет варьироваться. Как правило, неметаллические включения выявляются качественно путем оценки макроструктуры слитка и ультразвукового контроля алюминиевых материалов, либо количественно — с помощью дефлектометра.
Процесс дегазации алюминия
Существует три основных метода дегазации: дегазация при парциальном давлении, дегазация до затвердевания и вибрационная дегазация.
Парциальное давление принцип дегазации использует принцип влияния парциального давления газа на его растворимость в расплаве для регулирования парциального давления водорода в газовой фазе, что приводит к значительной разнице парциальных давлений между парциальным давлением водорода, находящегося в равновесии с растворённым газом в расплаве, и парциальным давлением водорода в фактической газовой фазе, что создаёт значительную движущую силу дегидрирования и способствует быстрому удалению водорода. Если в расплав вводится чистый инертный газ или расплав помещается в вакуум, то, поскольку парциальное давление исходного инертного газа и водорода в вакууме составляет p ≈ 0, в то время как равновесное парциальное давление P растворенного водорода в расплаве намного превышает 0, возникает значительная разница парциальных давлений между пузырьками расплава и инертным газом, а также между расплавом и вакуумом,
Таким образом, водород, содержащийся в расплаве, быстро диффундирует в пузырь или вакуум, проникает в него и, переходя в молекулярное состояние, удаляется. Этот процесс продолжается до тех пор, пока парциальное давление водорода в пузыре не станет равным равновесному парциальному давлению водорода в расплаве, то есть пока не будет достигнуто новое состояние равновесия.
