Очистка и рафинирование для удаления включений и газов

Для получения чистого алюминия и его сплавов с минимальным содержанием газов и включений расплав алюминия или алюминиевого сплава подвергается рафинированию (или очистке). Температура плавления алюминия и большинства алюминиевых сплавов составляет 700–750 ℃, а температура литья несколько ниже температуры плавления. Очистка расплава заключается в удалении газов, оксидов и неметаллических включений из расплава с целью его очистки. При плавке алюминия и алюминиевых мастер-сплавов наблюдается сильная склонность к образованию пор, а также легко возникают оксидные включения. Поэтому предотвращение и удаление газовых и окислительных включений стало первоочередной задачей в процессе плавки и разливки алюминиевых сплавов. В процессе плавки, помимо образования Al₂O₃ с кислородом, также легко происходит поглощение газа (H₂). Водород на границе раздела, где жидкий металл соприкасается с окружающей средой, может присутствовать в атмосфере или образовываться в результате реакции между парами воды в печном газе и компонентами сплава. Цель рафинирования и очистки заключается в удалении или минимизации таких газовых включений для повышения степени очистки металла.

Переработка и очистка

При рафинировании и очистке алюминиевых сплавов обычно применяются метод флотации и метод флюсования. Метод добавления очищающий агент Существует два способа: один заключается в том, чтобы с помощью колпака вдавливать воздух в расплав алюминия, а другой — в том, чтобы вдувать в него инертный газ.

Включения в расплавленном алюминии образуются не только из шихты, но и из оксида (Al₂O₃), образующегося в результате реакции между алюминием и кислородом в процессе плавки и разливки. На поверхности расплавленного алюминия образуется оксидная пленка. Когда температура приближается к точке плавления, толщина этой пленки увеличивается, а её структура также изменяется; сторона, обращённая к расплавленному алюминию, плотная и оказывает на него защитное действие, но сторона, обращённая от расплавленного алюминия, рыхлая; да, внутри образуется большое количество крошечных отверстий, заполненных водородом, воздухом и парами воды. Если эту жидкую пленку перемешать с расплавленным алюминием, это не только увеличит количество включений в расплаве, но и повысит содержание газа в алюминии.

Включения в алюминии часто имеют форму иголок, блоков и т. п. Поскольку модуль упругости и коэффициент расширения Al₂O₃ и металлической матрицы различаются, на острых углах Al₂O₃ легко возникает концентрация напряжений. Поэтому эти места часто становятся источником разрушения материала и коррозии, что существенно влияет на прочность, усталостную прочность и коррозионную стойкость основного материала. Поскольку твёрдость Al₂O₃ значительно отличается от твёрдости матрицы α-Al, при пластической деформации обрабатываемых изделий она сильно препятствует нормальному течению α-Al, тем самым значительно снижая способность к пластической деформации и усталостную долговечность обрабатываемых изделий. При сильном воздействии внешней силы трещины сначала возникают в местах наличия включений, что часто вызывает или ускоряет разрушение материала.