خصائص صهر سبائك الألومنيوم

10 سبتمبر خصائص صهر سبائك الألومنيوم

خصائص صهر سبائك الألومنيوم

لا يُعد صهر معظم سبائك الألومنيوم أمرًا صعبًا. وتُضاف مكونات السبائك، باستثناء المغنيسيوم والزنك، وأحيانًا النحاس، في شكل مضافات.
كقاعدة عامة، لا تُستخدم مواد الصهر الواقية في صهر كميات صغيرة من السبائك المصبوبة في أفران البوتقة. أما العملية الإلزامية فهي تنقية الشوائب غير المعدنية والهيدروجين المذاب. وأصعب السبائك في الصهر هي سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والسبائك المقاومة للحرارة متعددة المكونات.

عند صهر السبائك المشكّلة، يُولى اهتمام خاص لتنظيف الفرن من الخبث والتخلص من بقايا الصهر السابق.
عند التبديل إلى درجة مختلفة من السبائك، وبالإضافة إلى عمليات الصهر الانتقالية، يتم غسل الفرن والخلاطات لإزالة بقايا السبيكة القديمة.
يجب أن تبلغ كمية المعدن المراد غسله ربع سعة الفرن على الأقل.
يتم الحفاظ على درجة حرارة المعدن أثناء الغسل عند مستوى يتراوح بين 40 و50 درجة مئوية فوق درجة حرارة صب السبيكة قبل الغسل.
لتسريع عملية التنظيف، يتم خلط المعدن الموجود في الفرن بشكل مكثف لمدة 8-10 دقائق.

يُستخدم في عملية الغسل الألمنيوم أو إعادة الصهر. وفي الحالات التي يتم فيها صهر المعدن من الفرن بالكامل، يمكن الاكتفاء بالغسل باستخدام مواد التذويب. وتُغمر السبائك المذابة
يتم تحميل مواد التغذية بالترتيب التالي: الألومنيوم الخام، النفايات الضخمة، مواد إعادة الصهر، السبائك (المعادن النقية).
يُسمح بتحميل الرقائق الجافة والخردة الصغيرة الحجم في المعدن السائل عند درجة حرارة لا تتجاوز 730 درجة مئوية.
يُضاف النحاس إلى المادة المنصهرة عند درجة حرارة تتراوح بين 740 و750 درجة مئوية، ويُضاف السيليكون عند درجة حرارة تتراوح بين 700 و740 درجة مئوية باستخدام جرس.
يتم تحميل الزنك قبل المغنيسيوم، الذي يتم إدخاله عادةً قبل تفريغ المعدن. ويبلغ الحد الأقصى المسموح به لارتفاع درجة الحرارة الزائدة 800-830 درجة مئوية بالنسبة للسبائك المصبوبة، و750-760 درجة مئوية بالنسبة للسبائك المطروقة.
يتأكسد الألومنيوم عند تعرضه للهواء. وتتمثل العوامل المؤكسدة الرئيسية في الأكسجين وبخار الماء. واعتمادًا على درجة حرارة وضغط هذين الغازين، فضلاً عن الظروف الحركية للتفاعل، يتشكل أكسيد الألومنيوم Al₂O₃، بالإضافة إلى Al₂O وAlO، نتيجة لأكسدة الألومنيوم.
يزداد احتمال التكوّن مع ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض الضغط الجزئي للأكسجين في النظام.
في الظروف العادية للانصهار، تكون المرحلة المستقرة من الناحية الحرارية هي الألومينا الصلبة γ-Al₂O₃، التي لا تذوب في الألومنيوم ولا تشكل معه مركبات قابلة للانصهار. وعند تسخينها إلى 1200 درجة مئوية، يعيد γ-Al₂O₃ التبلور إلى α-Al₂O₃. ومع تقدم عملية الأكسدة، تتشكل طبقة أكسيد كثيفة وقوية بسمك يتراوح بين 0.1 و10 ميكرومتر على سطح الألومنيوم الصلب والسائل، اعتمادًا على درجة الحرارة ومدة التعرض. وعند الوصول إلى هذا السمك، تتوقف عملية الأكسدة عمليًّا، حيث يتباطأ انتشار الأكسجين عبر الطبقة بشكل حاد.

تعد عملية أكسدة سبائك الألومنيوم السائلة عملية معقدة للغاية ولم تُدرس بشكل كافٍ. وتشير البيانات المتوفرة في الأدبيات إلى أن معدل أكسدة مكونات السبيكة يتوقف على ضغط الأكسجين، وضغط تفكك أكاسيدها، وتركيز المكونات في السبيكة، ومعدل انتشار الذرات نحو ذرات الأكسجين، والتفاعل بين الأكاسيد نفسها، وما إلى ذلك. وتتحدد حركية الأكسدة من خلال استمرارية طبقات الأكسيد وكثافتها وقوتها. وعند نفس التركيز، تتأكسد العناصر الأكثر نشاطًا، حيث يرتبط تكوين الأكسيد بأكبر انخفاض في الجهد الإيزوباري-الإيزوثرمي.

لا تؤثر معظم عناصر السبائك (النحاس، السيليكون، المنغنيز) بشكل كبير على أكسدة الألومنيوم والخصائص الوقائية لطبقة الأكسيد، حيث إن نسبة VMem0 / mVMe تبلغ ≥1. وتتكون طبقة الأكسيد الموجودة على سبائك الألومنيوم الثنائية التي تحتوي على هذه العناصر بتركيزات منخفضة من مادة γ-Al₂O₃ النقية. وعند وجود كميات كبيرة من هذه العناصر، تتشكل محاليل صلبة من أكاسيد عناصر السبائك في γ-Al₂O₃ والإسبينيل المقابل لها.
تؤدي المعادن القلوية والقلوية الترابية (البوتاسيوم، الصوديوم، الباريوم، الليثيوم، الكالسيوم، السترونتيوم، المغنيسيوم)، بالإضافة إلى الزنك (0.05-0.1%)، إلى زيادة كبيرة في أكسدة الألومنيوم. ويرجع السبب في ذلك إلى البنية الرخوة والمسامية لأكاسيد هذه العناصر. وفي هذه الحالة، تكون طبقة الأكسيد المزدوجة غنية بأكاسيد الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية. ولتحييد الآثار الضارة للزنك، يُضاف 0.1-1.15% من المغنيسيوم إلى ذوبان الألومنيوم.
تشكل سبائك الألومنيوم مع المغنيسيوم طبقة أكسيد ذات تركيبة متغيرة. وعندما يكون محتوى المغنيسيوم منخفضًا عند 0.005% (بالكتلة) – تكون طبقة الأكسيد ذات بنية γ-Al₂O₃، وهي عبارة عن محلول صلب لـ MgO في γ-Al₂O₃؛ وعند محتوى المغنيسيوم الذي يتراوح بين 0.01 و1.0%، تتكون طبقة الأكسيد من الإسبينيل (MgO * Al₂O₃) ذات التركيب المتغير وبلورات أكسيد المغنيسيوم؛ وعند محتوى المغنيسيوم الذي يزيد عن 1.5%، تتكون طبقة الأكسيد بالكامل تقريبًا من أكسيد المغنيسيوم.
يعمل البريليوم واللانثانوم على إبطاء عملية أكسدة سبائك الألومنيوم. وتؤدي إضافة 0.01% من البريليوم أو اللانثانوم إلى خفض معدل أكسدة سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم إلى مستوى أكسدة الألومنيوم. ويُعزى التأثير الوقائي لهذه العناصر إلى تكثيف طبقة الأكسيد عن طريق ملء المسام المتكونة بأكاسيد البريليوم واللانثانوم.
يقلل الفلور والفلوريدات الغازية (SiF₄، BF₃، SF₆، إلخ) بشكل كبير من قابلية الألومنيوم المنصهر للتأكسد.

مقالات ذات صلة:

تصفية السبائك القائمة على الألومنيوم في مصانع الصب تقليل خسائر الصب في مصانع صب الألومنيوم صهر الألومنيوم وتكريره علم المعادن: الألومنيوم صهر الألومنيوم باستخدام تقنية «فلوكس» مواد التذويب المصنوعة من الألومنيوم مذيب الألومنيوم ما هي صناعات صهر المعادن؟ إزالة الغازات من سبائك الألومنيوم ما هو الألومنيوم بالضبط؟ وكيف تُصنع سبائك الألومنيوم؟ دراسة عيوب التصلب في سبائك الألومنيوم وحدة إزالة الغازات والتدفق الدوار لسبائك الألومنيوم إزالة الغازات من سبائك الألومنيوم مسحوق مادة مساعدة من الألومنيوم