Водород — единственный газ, который в значительной степени растворим в алюминии и его сплавах. Его растворимость прямо пропорциональна температуре и квадратному корню из давления. В процессе охлаждения и затвердевания расплавленного алюминия растворенный водород, превышающий чрезвычайно низкую степень растворимости в твердом состоянии, может выпадать в молекулярной форме, что приводит к образованию первичных и/или вторичных пустот. Компания AdTech предлагает флюсы, онлайновая установка дегазации для удаления водорода из расплавленного алюминия.
Флюсы для удаления водорода из расплавленного алюминия
Флюсы для плавки шлака предназначены для содействия отделению слоя шлака из оксида алюминия (Al₂O₃), образующегося на поверхности расплава, от расплавленного металла. В слое шлака обычно смешиваются шлак и жидкий или твердый металл. Флюсы для удаления шлака предназначены для вступления в реакцию с Al₂O₃ в шлаковом слое и извлечения металла. Фториды смачивают и растворяют тонкие оксидные пленки в соответствии с общей реакцией.
Источники водорода
В алюминии существует множество источников водорода. Влага из атмосферы диссоциирует на поверхности расплавленного металла, образуя концентрацию атомарного водорода, способного диффундировать в расплав. Барьерный оксид алюминия препятствует растворению водорода по этому механизму, однако нарушения поверхности расплава, разрушающие оксидный барьер, приводят к быстрому растворению водорода. Легирующие элементы, особенно магний, также могут влиять на поглощение водорода, образуя продукты окислительных реакций, которые снижают сопротивление диффузии водорода в расплав, а также изменяя растворимость в жидком состоянии.
Пористость водорода
В литом алюминии могут встречаться два типа или вида водородной пористости. Один из них — междендритная пористость, которая возникает при достаточно высоком содержании водорода, когда водород, вытесняемый на фронте затвердевания, приводит к давлению раствора, превышающему атмосферное. Вторичная (микронная) пористость возникает при низком содержании растворенного водорода, и образование пустот в этом случае, как правило, носит субкритический характер.
Мелкодисперсная водородная пористость не всегда является нежелательным явлением. Осаждение водорода может изменить форму и распределение усадочной пористости в недостаточно питаемых частях или участках детали. Усадка, как правило, оказывает более пагубное влияние на свойства отливки. В отдельных случаях водород может даже намеренно вводиться и контролироваться в определенных концентрациях, совместимых с эксплуатационными требованиями к отливке, с целью обеспечения поверхностной целостности.
Водород в твёрдом растворе
Распределение водорода в затвердевшей структуре зависит от уровня растворенного водорода и условий, при которых происходит затвердевание. Поскольку появление водородной пористости является результатом зародышеобразования и роста, определяемых диффузией, снижение концентрации водорода и увеличение скорости затвердевания способствуют подавлению образования и роста пустот. По этой причине отливки, изготовленные методом одноразовой формы, более подвержены дефектам, связанным с водородом, чем детали, изготовленные методом литья в постоянную форму или литья под давлением.
Удаление водорода из расплавленного алюминия
Уровень растворенного водорода можно снизить с помощью ряда методов, наиболее важным из которых является продувка сухим химически чистым азотом, аргоном, хлором и фреоном. Широко используются такие соединения, как гексахлорэтан; при температурах расплавленного металла эти соединения диссоциируют, обеспечивая выделение газа для продувки.
Газовое флюсование снижает содержание растворенного водорода в расплавленном алюминии за счет диффузии при парциальном давлении. Использование реактивных газов, таких как хлор, ускоряет процесс дегазации за счет изменения границы раздела «газ–металл», что улучшает кинетику диффузии. Длительное выдерживание расплава в неподвижном состоянии при температуре ликвидуса или вблизи неё также снижает содержание водорода до уровня, не превышающего значения, определенного для данного сплава как температурно-зависимая растворимость в жидком состоянии.
