Erimiş Alüminyumun Arıtma Etkisi

Erimiş alüminyumun arıtma etkisi, gözeneklerin, büzülme boşluklarının ve kalıntıların oluşumu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve alüminyum alaşımlı dökümlerin fiziksel ve mekanik özelliklerini doğrudan etkiler. Yüksek kaliteli erimiş alüminyum olmadan, sonraki işleme ne kadar gelişmiş olursa olsun, bir kez ortaya çıkan kusurlar üründe her zaman mevcut olacaktır ve yüksek kaliteli dökümler elde etmek zordur. Bu nedenle, erimiş alüminyumdaki gaz ve kalıntılara dikkat etmeli ve erimiş alüminyumdaki gaz ve kalıntıları gidermek için önlemler almalıyız.

Erimiş alüminyumdaki gaz ve kalıntılar

Erimiş alüminyumdaki gazın büyük kısmı hidrojen (yaklaşık %-90%) olup, bunu azot, oksijen ve karbon monoksit izlemektedir. Hidrojen, katı alüminyumda neredeyse çözünmez, ancak sıvı alüminyumda yüksek çözünürlüğe sahiptir. Katı faz çizgisinde hidrojenin çözünürlüğü 100 g alüminyum sıvısı başına 0,65 mL ve 0,034 mL'dir (0,1 MPa koşullarında hidrojen); yani katı-sıvı fazlarındaki hidrojen çözünürlüğü arasındaki fark 19,1 kat olup, 100 g erimiş alüminyum başına normal hidrojen içeriği 0,1-0,4 mL'dir. Çözünürlük farkı nedeniyle hidrojen, eriyikten kaçma eğilimindedir. Hidrojen basıncı, yüzey gerilimi ve hidrostatik basınçtan daha yüksek olduğunda kabarcıklar oluşur ve bu da dökümde küçük deliklere neden olur.

Bu nedenle, alüminyum alaşımı eriyiğinin arıtılmasında temel sorun, alüminyum alaşımının hidrojen içeriğinin yüksek olması ve mevcut yöntemlerin yüksek kaliteli alüminyum alaşımlı dökümlerin üretim gereksinimlerini karşılayamamasıdır. Genellikle, 100 g alüminyum başına hidrojen içeriği 0,1-0,2 mL olduğunda üretim gereksinimleri temel olarak karşılanabilir; özel gereksinimler (havacılık dökümleri gibi) için ise 100 g alüminyum başına hidrojen içeriği 0,06 mL'den az olmalıdır.

Katkı maddeleri, likidüs seviyesinin üzerindeki sıvılar dışındaki tüm katı maddeler ve maddelerdir. Erimiş alüminyumda yaygın olarak görülen metalik olmayan safsızlıklar arasında oksitler, nitrürler, karbürler, borürler vb. bulunur; bunlar çoğunlukla parçacık şeklinde olup, tipik parçacık boyutları 1-30 μm aralığındadır.

Yük hariç olmak üzere, bu tabaka esas olarak eritme sürecindeki kimyasal reaksiyonun bir ürünüdür. Alüminyum yüzeyindeki oksit tabakasının kalınlığı 2-10 μm’dir ve erime noktasına yaklaştığında 200 μm’ye çıkar. Sıvı yüzeyindeki oksit tabakası sadece daha kalın olmakla kalmaz, aynı zamanda yapısı da değişir; erimiş alüminyuma bakan taraf yoğundur ve erimiş alüminyum üzerinde koruyucu bir etkiye sahiptir. Erimiş alüminyumun dışı gevşektir; içinde 5-10 μm çapında küçük delikler bulunur ve bu delikler hidrojen, hava ve su buharı ile doludur. Sıvı film erimiş alüminyumun içine karıştırılırsa, safsızlıklar ve gaz miktarı artar.

Buna ek olarak, yüksek alaşımlı eriyiklerde alüminyum-zirkonyum, alüminyum-titanyum vb. gibi bazı istenmeyen birincil intermetalik bileşikler ortaya çıkacaktır; demir içeren alüminyum alaşımlarında da demir bakımından zengin alüminyum-demir fazları, alüminyum-silikon-demir ve alüminyum-silikon oluşacaktır. Demir fazı, alüminyum matrisine ciddi zarar veren ve mekanik özellikleri etkileyen iğne benzeri bir bileşiktir.

Alüminyum alaşımındaki kalıntılar ile gaz arasında güçlü bir etkileşim vardır. Erimiş alüminyumdaki hidrojen içeriği, kalıntılardan büyük ölçüde etkilenir. Kalıntı içeriği 0,002% ve 0,02% olduğunda, karşılık gelen hidrojen içeriği 0,2 mL/100 gAl ve 0,35 mL/100 gAl'dir. Aynı hidrojen içeriği söz konusu olduğunda, kalıntı içeriği ne kadar yüksekse, iğne deliği oranı da o kadar yüksek olur; aksine, sıvı alüminyum çok az safsızlık içerdiğinde, hidrojen içeriği de çok düşüktür; hidrojen yapay olarak enjekte edilse bile, otomatik olarak çökelir ve hızla orijinal içeriğine geri döner.

Az miktarda da olsa inklüzyon bulunsa bile, gözenek oluşumu için kritik konsantrasyon değeri önemli ölçüde düşebilir. Öte yandan, inklüzyon bulunmadığında (veya inklüzyon içeriği çok düşük olduğunda), gözenek oluşumu için kritik hidrojen konsantrasyonu 0,3 mL/100 g Al’ye ulaşabilir. Bu nedenle, safsızlıkları ve gazı aynı anda gidermek eşit derecede önemlidir. Hangi arıtma yöntemi kullanılırsa kullanılsın, gaz giderme ve safsızlık giderme işlemleri genellikle birlikte gerçekleştirilir, ancak her birinin kendine özgü bir odak noktası vardır.

Alüminyum alaşımı eriyik arıtma teknolojisinin mevcut durumu

Günümüzde, sıvı alüminyumun arıtılması ve tanecik inceltilmesinden oluşan kapsamlı işlem, yüksek kaliteli alüminyum alaşımı elde etmenin temel sorunudur. Farklı üretim aşamalarına göre, erimiş alüminyumun arıtma işlemi fırın içi işleme ve fırın dışı işleme olarak ikiye ayrılabilir. Alüminyum alaşımının fırın içi işleme süreci, arıtma mekanizmasına göre adsorpsiyonlu arıtma teknolojisi ve adsorpsiyonsuz arıtma teknolojisi olarak sınıflandırılabilir.

Adsorpsiyon yoluyla arıtma yöntemi, esas olarak arıtma maddesinin ürettiği oksitlenmiş kalıntıları adsorbe etme etkisine dayanır; bu süreçte, oksitlenmiş kalıntılar ve yüzeye bağlanmış hidrojen giderilerek erimiş alüminyumun arıtılması hedeflenir. Adsorpsiyonsuz arıtma ise, erimiş alüminyumun arıtılması amacına ulaşmak için diğer fiziksel ve kimyasal etkilere dayanır.

Erimiş alüminyumun adsorpsiyon yoluyla arıtma etkisi yalnızca adsorpsiyon arayüzünde gerçekleşirken, adsorpsiyon dışı yöntemin arıtma etkisi ise alüminyum sıvısının tamamına aynı anda etki eder. Adsorpsiyon yöntemi temel olarak inert gazla temizleme, aktif gazla temizleme, karışık gazla temizleme, klor tuzu (heksakloroetan) arıtma, toksik olmayan arıtma maddesi arıtma, çözücü arıtma vb. işlemlerini içerir; adsorpsiyonsuz yöntemler ise başlıca vakum arıtma yöntemi (statik vakum işlemi, dinamik vakum işlemi), ultrasonik arıtma yöntemi, elektromanyetik arıtma yöntemi, basınçlı kristalizasyon yöntemi, nadir toprak elementleri ile hidrojen sabitleme yöntemi vb.

Klorla arıtma işlemi sırasında adsorpsiyonla arıtma işlemi Bu teknolojide, klor ve sıvı alüminyum birleşerek alüminyum triklorür oluşturur; alüminyum triklorür ile hidrojen ise hem fiziksel hem de kimyasal etkileri olan hidrojen klorür oluşturur. Arıtma etkisi açıktır, ancak çevreyi kirletir ve insan vücuduna zararlıdır. Daha sonra arıtma için inert gaz (azot ve argon) kullanılmaya başlandı; hatta ,999% saflıkta inert gaz bile kullanıldı, ancak sonuçlar tatmin edici olmadı ve maliyet arttı.

Arıtma sürecini iyileştirmek için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır, ancak klorla arıtmanın sağladığı etki her zaman elde edilememektedir. Son yıllarda, yabancı ülkeler karışık gaz arıtmasını, yani inert gaz artı aktif gazı benimsemiştir; bu, eriyikteki hidrojen giderme etkisini güçlendirebilir, alüminyum alaşımındaki kalıntıların giderilmesine yardımcı olabilir ve alüminyum alaşımı eriyik yüzeyinde kuru cüruf oluşturabilir. Arıtma etkisi. Ayrıca, klorun karıştırma miktarı kolayca kontrol edilebilir ve çevre üzerindeki etkisi büyük değildir.

Adsorpsiyonlu arıtma teknolojisinde, süreç yenilikleri ve dönüşümleri sayesinde birçok pratik alüminyum sıvı arıtma yöntemi geliştirilmiştir: örneğin, inert gazlı döner gaz giderme, köpük seramik filtrasyon, toz püskürtme arıtması ve döner gaz giderme ile toz püskürtme arıtmasının bir arada kullanılması gibi.  Adsorpsiyonsuz arıtma teknolojileri arasında, nadir toprak elementleri hidrojen sabitleme yöntemi de gelecekteki gelişme yönlerinden biridir.

İlgili yazılar:

Erimiş Alüminyumun Arıtılması Erimiş Alüminyumun Arıtma Süreci Sıvı Alüminyumun Arıtma İşlemi Alüminyum Alaşımının Arıtma İşlemi Erimiş Alüminyum Arıtma Süreci Alüminyum Arıtma Teknolojisi Alüminyumun Arıtma Etkisi Erimiş Alüminyumun Arıtılması ve Gazdan Arındırılması Alüminyum Alaşımının Arıtılması Erimiş Alüminyumun Akı ile Arıtılması Alüminyum Alaşımı Arıtma Yöntemleri Alüminyum Alaşımları için Arıtma Yöntemleri Erimiş Alüminyum için Rafinaj Akısı Erimiş Alüminyumun Arıtma Yöntemi Akı Arıtma Yöntemi