تأثير الشوائب (العناصر) الموجودة في الألومنيوم على الأداء

2 نوفمبر تأثير الشوائب (العناصر) الموجودة في الألومنيوم على الأداء

أولاً: تأثير عناصر السبائك

عنصر النحاس :

عندما يكون عنصر النحاس موجودًا في الجزء الغني بالألمنيوم من سبيكة الألمنيوم والنحاس عند درجة حرارة 548، تبلغ القابلية القصوى للنحاس للذوبان في الألمنيوم 5.65%، وتنخفض درجة الحرارة إلى
عند درجة حرارة 302، تبلغ قابلية ذوبان النحاس 0.45%. ويُعد النحاس عنصرًا مهمًا في صناعة السبائك، وله تأثيرات معينة في تقوية المحاليل الصلبة.
يُحدث مركب CuAl₂ الذي يترسب أثناء عملية التقادم تأثيرًا كبيرًا في تقوية المادة. وعادةً ما يكون محتوى النحاس في سبائك الألومنيوم
عندما يتراوح محتوى النحاس بين 2.5% و5% وبين 4% و6.8%، يكون تأثير التقوية في أفضل حالاته. ولذلك، تحتوي معظم سبائك الألومنيوم الصلبة على النحاس
يقع هذا المبلغ ضمن هذا النطاق. ويمكن أن تحتوي سبائك الألومنيوم والنحاس على كميات أقل من السيليكون والمغنيسيوم والمنغنيز والكروم والزنك والحديد وعناصر أخرى.

السيليكون:

يبلغ الحد الأقصى لقابلية الذوبان للجزء الغني بالألمنيوم في نظام سبائك الألومنيوم والسيليكون (Al-Si) 100% عند درجة حرارة التوازن 577.
تبلغ قابلية الذوبان 1.65%. وعلى الرغم من أن قابلية الذوبان تنخفض مع انخفاض درجة الحرارة، إلا أن هذه السبائك لا يمكن معالجتها حرارياً بشكل عام
مُعززة. تتميز سبائك الألومنيوم والسيليكون بخصائص صب ممتازة ومقاومة عالية للتآكل. إذا أُضيف المغنيسيوم والسيليكون إلى الألومنيوم في آن واحد
تشكيل سبيكة من الألومنيوم والمغنيسيوم والسيليكون تحتوي على طور تقوية من MgSi. وتبلغ النسبة الكتلية للمغنيسيوم إلى السيليكون 1.73:1. تصميم سبيكة Al-MgSi
وفيما يتعلق بتركيب السبائك، يتم تحديد نسبة المغنيسيوم والسيليكون بناءً على هذه النسبة في المصفوفة. بعض سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والسيليكون،,
لتحسين المتانة، أضف كمية مناسبة من النحاس وكمية مناسبة من الكروم لتعويض التأثير السلبي للنحاس على مقاومة التآكل
التأثير. الحد الأقصى لقابلية ذوبان Mg₂Si في الألومنيوم في الجزء الغني بالألومنيوم من مخطط أطوار التوازن لنظام سبيكة Al-Mg₂Si
1.85%، ويكون الانخفاض في السرعة طفيفًا مع انخفاض درجة الحرارة. وفي سبائك الألومنيوم القابلة للتشكيل، تقتصر إضافة السيليكون وحده إلى الألومنيوم على
في مواد اللحام، يُحدث السيليكون المضاف إلى الألومنيوم أيضًا تأثيرًا معينًا في تقوية المادة.

المغنيسيوم:

على الرغم من أن منحنى الذوبان للجزء الغني بالألمنيوم في مخطط مراحل التوازن لنظام سبائك المغنيسيوم والألمنيوم يشير إلى أن المغنيسيوم هو
تنخفض القابلية للذوبان بشكل كبير مع انخفاض درجة الحرارة، ولكن في معظم سبائك الألومنيوم المشكّلة المتوفرة تجارياً، فإن
يقل محتوى العنصر 6%، كما أن محتوى السيليكون منخفض أيضًا. لا يمكن تقوية هذه السبائك عن طريق المعالجة الحرارية، لكنها قابلة للحام.
مقاومة جيدة جدًا للتآكل، وقوة معتدلة. يعمل المغنيسيوم على تقوية الألومنيوم بشكل ملحوظ، فمع كل زيادة بمقدار 1% في نسبة المغنيسيوم،,
تزداد مقاومة الشد بنحو 34 ميجا باسكال. وإذا أُضيف منغنيز بنسبة أقل من 1%، فقد يساهم ذلك في تعزيز تأثير التقوية.

لذلك، فإن إضافة المنغنيز يمكن أن تقلل من محتوى المغنيسيوم وتحد من احتمالية حدوث التشقق الحراري. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمنغنيز أيضًا أن يجعل مادة Mg5Al8 أكثر استقرارًا.
يترسب المركب بشكل متساوٍ، مما يحسّن مقاومة التآكل وأداء اللحام.

مخطط الطور التوازني لنظام سبيكة الألومنيوم والمنغنيز، حيث تبلغ درجة حرارة اليوتكتية للمنغنيز 658
يبلغ الحد الأقصى لقابلية ذوبان المنغنيز في سبائك الحديد والمنغنيز 1.82%. وتزداد قوة السبيكة بشكل مستمر مع زيادة قابلية الذوبان، وعندما يبلغ محتوى المنغنيز 0.8%،,
يصل الاستطالة إلى قيمته القصوى. سبيكة الألومنيوم-المنغنيز هي سبيكة لا تتصلب بالتقادم، مما يعني أنه لا يمكن تقويتها عن طريق المعالجة الحرارية. المنغنيز
ويمكن أن يمنع عملية إعادة التبلور في سبائك الألومنيوم، ويرفع درجة حرارة إعادة التبلور، ويؤدي إلى تنقية حبيبات الألومنيوم المعاد تبلورها بشكل ملحوظ.
ويتم تحسين حبيبات إعادة التبلور بشكل أساسي من خلال تأثير الجسيمات المتناثرة للمركب MnAl6 على نمو حبيبات إعادة التبلور.
ومن الوظائف الأخرى لـ MnAl6 إذابة شوائب الحديد لتكوين (Fe, Mn)Al6، مما يؤدي إلى خفض محتوى الحديد في السبيكة.
الآثار الضارة. يُعد المنغنيز عنصرًا مهمًا في سبائك الألومنيوم، ويمكن إضافته بشكل منفصل لتكوين سبائك ثنائية من الألومنيوم والمنغنيز.
وغالبًا ما يُضاف إلى عناصر أخرى مكونة للسبائك، لذا فإن معظم سبائك الألومنيوم تحتوي على المنغنيز.

عنصر الزنك:

تبلغ قابلية ذوبان الزنك في الألومنيوم عند درجة حرارة 275 درجة مئوية في الجزء الغني بالألومنيوم من مخطط مراحل التوازن لنظام سبيكة الألومنيوم والزنك 31.6%،,
ومع ذلك، تنخفض قابليته للذوبان إلى 5.6% عند درجة حرارة 125 درجة مئوية. وعندما يُضاف الزنك إلى الألومنيوم وحده، فإن ذلك يؤثر بشكل كبير على سلوك تشوه الألومنيوم تحت
إن تحسن قوة السبائك محدود للغاية، وهناك ميل لحدوث تشققات ناتجة عن التآكل تحت الإجهاد، مما يحد من تطبيقاتها.
التطبيق. تؤدي إضافة كل من الزنك والمغنيسيوم إلى الألومنيوم لتكوين الطور المقوي Mg/Zn₂ إلى تحقيق تأثيرات تقوية ملحوظة على السبيكة.
عندما يزداد محتوى Mg/Zn₂ من 0.5% إلى 12%، يمكن زيادة مقاومة الشد ومقاومة الخضوع بشكل ملحوظ.
يتجاوز محتوى المغنيسيوم النسبة المطلوبة من الزنك والمغنيسيوم لتكوين الطور Mg/Zn2 في سبيكة الألومنيوم فائقة الصلابة، ويتم التحكم في هذه النسبة عند
تبلغ مقاومة التصدع الناتج عن التآكل تحت الإجهاد أقصى مستوياتها عند حوالي 2.7.

إذا أُضيف النحاس إلى سبيكة الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم لتشكيل سبيكة الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم والنحاس، فسوف يتعزز تأثير تقوية المصفوفة بشكل كبير.
أكبر سبائك الألومنيوم على الإطلاق، كما أنها مادة مهمة من سبائك الألومنيوم في صناعات الفضاء والطيران والطاقة
المادة.

ثانياً: تأثير العناصر النزرة

الحديد والسيليكون:

يُستخدم الحديد والسيليكون: الحديد في سبائك الألومنيوم المطروقة من نوع Al-Cu-Mg-Ni-Fe، والسيليكون في سبائك الألومنيوم المطروقة من نوع Al-Mg-Si، وكذلك في الأقطاب الكهربائية القائمة على Al-In-Si وسبائك صب الألومنيوم والسيليكون؛ حيث يُضاف السيليكون كعنصر مركب. أما في سبائك الألومنيوم الأخرى، فإن السيليكون والحديد هما
تؤثر العناصر الشائعة الملوثة تأثيرًا كبيرًا على خصائص السبائك. وتوجد هذه العناصر بشكل أساسي في صورة FeCl₃ والسيليكون الحر.
عندما تكون نسبة السيليكون أكبر من نسبة الحديد، تتشكل الطور β-FeSiAl₃ (أو Fe₂Si₂Al₉)، بينما عندما تكون نسبة الحديد أكبر من نسبة السيليكون، يتشكل الطور αFe₂SiAl₈ (أو
(Fe₃Si₂Al₁₂). وعندما تكون نسبة الحديد والسيليكون غير مناسبة، فإن ذلك قد يتسبب في حدوث تشققات في المسبوكات، كما أن وجود الحديد في الألومنيوم المصبوب
عندما تكون نسبة هذا العنصر مرتفعة جدًّا، فإن ذلك يؤدي إلى هشاشة المسبوكات.

التيتانيوم والبورون:

يُعد التيتانيوم عنصرًا مضافًا شائع الاستخدام في سبائك الألومنيوم، ويُضاف في شكل سبائك رئيسية من نوع Al-Ti أو Al-Ti-B.
يشكل التيتانيوم والألومنيوم الطور TiAl2، الذي يصبح نواة غير تلقائية أثناء عملية التبلور، ويلعب دورًا في تحسين البنية المجهرية للمسبوكات واللحامات.
عندما تخضع سبيكة «Al-Ti» لتفاعل الصهر، يبلغ المحتوى الحرج للتيتانيوم حوالي 0.15%. وفي حالة وجود البورون، يتباطأ تفاعل الصهر.
تبلغ السرعة 0.01% فقط.

الكروم:

الكروم: يُعد الكروم عنصرًا مضافًا شائعًا في سبائك الألومنيوم-المغنيسيوم-السيليكون، والألومنيوم-المغنيسيوم-الزنك، والألومنيوم-المغنيسيوم. 600 درجة مئوية
في درجة حرارة الغرفة، تبلغ قابلية ذوبان الكروم في الألومنيوم 0.8%، وهو غير قابل للذوبان في درجة حرارة الغرفة.

يشكل الكروم مركبات بين معدنية مثل (CrFe)Al7 و(CrMn)Al12 في الألومنيوم، مما يعيق تكوين نوى إعادة التبلور
خلال عملية النمو، يكون لهذه المادة تأثير معين في تقوية السبيكة، كما يمكنها تحسين صلابة السبيكة والحد من تشققات التآكل الناتجة عن الإجهاد.
الحساسية. ومع ذلك، فإن إضافة حساسية التبريد إلى عملية المعالجة سيؤدي إلى ظهور طبقة أكسيد الأنود باللون الأصفر.

لذلك، من المهم بشكل خاص تصفية سبائك الألومنيوم وإزالة الشوائب منها-(مرشح رغوي خزفي, وحدة إزالة الغازات).

مقالات ذات صلة:

صهر الألومنيوم سبائك الألومنيوم المصبوبة بالقالب ما هو الألومنيوم بالضبط؟ وكيف تُصنع سبائك الألومنيوم؟ ما هي خصائص أداء الألومنيوم؟ جلبة القناة مرشح رغوي خزفي من الألومنيوم من ماركة «كوربا» خصائص صهر سبائك الألومنيوم الفرق بين سبائك الألومنيوم 6061 و6063 مصفاة الألمنيوم قالب الكشتبان صب الألمنيوم مرشح صب السيراميك إزالة الشوائب من الألومنيوم المصهور مواد الصهر المصنوعة من السبائك المعدنية