مواد الصهر لسبائك الألومنيوم

تتكون مواد الصهر المستخدمة في سبائك الألومنيوم عمومًا من كلوريدات وفلوريدات الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية، ومكوناتها الرئيسية هي KCl وNaCl وCaF وNa₃AlF₆ وNa₂SiF₆، وغيرها. وتلعب الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمواد التذويب (نقطة الانصهار، والكثافة، واللزوجة، والتطاير، والامتصاص الرطوبي، والتفاعل مع الأكاسيد) دورًا حاسمًا في تأثير التكرير.

مواد الصهر لسبائك الألومنيوم

يُعد ملح الكلوريد المكون الأساسي الأكثر شيوعًا في مادة التذويب الخاصة بسبائك الألومنيوم، ويُعد الملح المختلط المكون من NaCl لسبائك 45% وKCl لسبائك 55% هو الأكثر استخدامًا. وذلك نظرًا لقدرتها العالية على التغلغل في مادة Al₂O₃ الصلبة والشوائب وطبقة الأكسيد، كما أن الكثافة النوعية لكل من NaCl وKCl عند درجة حرارة الانصهار تبلغ 1.55 جم/سم و1.50 جم/سم فقط، وهي أقل بكثير من كثافة الألومنيوم المنصهر. ولذلك،, المواد المساعدة بالنسبة لسبائك الألومنيوم، يمكن أن ينتشر المذيب جيدًا على سطح الألومنيوم المنصهر، ويكسر ويمتص طبقة الأكسيد الموجودة على سطح المادة المنصهرة. ومع ذلك، في حالة المذيب الذي يحتوي على أملاح الكلوريد فقط، تتم عملية التكسير والامتصاص ببطء، لذا يجب التقليب يدويًّا لتسريع العملية. يتميز الكلوريد بتوتر سطحي منخفض وقابلية ترطيب جيدة، وهو مناسب كعامل تغطية.

تُضاف كمية صغيرة من أملاح الفلوريد، مثل NaF وNa₃AlF₆ وCaF₂، إلى خليط أملاح الكلوريد، وذلك بهدف التكرير بشكل أساسي. كما يمكن لمذيب أملاح الفلوريد أن يزيل بفعالية طبقة الأكسيد الموجودة على سطح المادة المنصهرة، ويحسن عملية إزالة الغازات.

(1) يمكن أن يتفاعل الفلوريد كيميائيًا مع الألومنيوم المنصهر لتكوين غازات مثل AlF وSiF₄ وBF₃ وغيرها. وتساعد هذه الغازات على فصل طبقة الأكسيد عن الألومنيوم المنصهر وتضغط على طبقة الأكسيد.

(2) كما أن التيار الكهربائي المتولد عند السطح الفاصل الذي تحدث فيه التفاعل المذكور أعلاه يؤدي إلى “غسل” طبقة الأكسيد وتفكيكها. ولذلك، فإن وجود ملح الفلور يُسرّع بشكل كبير عملية تدمير طبقة الأكسيد على سطح الألومنيوم المنصهر، مما يتيح للهيدروجين الموجود في المادة المنصهرة أن يتسرب بسهولة.

(3) يمكن أن يزيد الفلوريد (خاصة CaF₂) من التوتر السطحي للملح المنصهر المختلط، ويجعل الملح المنصهر للأكسيد الممتص يتخذ شكلاً كروياً، ويسهل فصله عن المادة المنصهرة، ويقلل من الفاقد الناتج عن الخبث المحبوس في الألومنيوم.

طريقة التكرير بالتدفق

الـ طريقة تكرير التدفق له تأثير إيجابي على إزالة الشوائب غير المعدنية. وبالإضافة إلى الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمذيب، تعتمد درجة النقاء أيضًا إلى حد كبير على ظروف عملية التكرير. مثل كمية المذيب، ووقت التلامس ومساحة التلامس بين المذيب والمادة المنصهرة، وظروف التقليب، ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك.

عند صهر نفايات سبائك الألومنيوم، تختلف جودة النفايات، كما تختلف كمية عامل التغطية وعامل التكرير. عند صهر نفايات ذات جودة عالية، تكون كمية عامل التغطية وعامل التكرير صغيرة نسبيًا. أما عند صهر النفايات ذات الجودة الرديئة، فتكون كمية عامل التغطية وعامل التكرير كبيرة. بالنسبة لسبائك الألومنيوم عالية المغنيسيوم، يجب تغطيتها بمواد صهر خالية من أملاح الصوديوم لتجنب ملامستها لمواد الصهر المحتوية على الصوديوم. وتُستخدم عوامل التكرير الخالية من الصوديوم بشكل أساسي في السبائك المسطحة عالية المغنيسيوم مثل 5052 و5754.

تُستخدم طريقة التكرير بالمذيب على نطاق واسع في إنتاج سبائك الألومنيوم عن طريق الصهر. يتم تكرير سائل سبائك الألومنيوم داخل الفرن، حيث يتم تحميل المذيب في خزان التكرير، ويُستخدم أنبوب التكرير كناقل عن طريق نفخ الغاز الخامل، ويدخل المذيب باستمرار إلى سائل الألومنيوم، ليتم خلط المذيب والسائل بشكل كامل. ويحقق التحريك الغرض من التكرير. فكلما زادت شدة التحريك وزاد انتظام رش المسحوق، كان تأثير التكرير أفضل. ولكن تجدر الإشارة إلى أن تقلب سائل الألومنيوم لا يجب أن يكون كبيرًا جدًّا. وإلا، فسيؤدي ذلك إلى تكوين طبقة أكسيد جديدة.