تأثير الهيدروجين على الألومنيوم واضح. فالهيدروجين هو الغاز الوحيد الذي يذوب بشكل ملحوظ في الألومنيوم وسبائكه. وتتغير قابليته للذوبان بشكل مباشر مع ارتفاع درجة الحرارة والجذر التربيعي للضغط. وأثناء تبريد وتصلب الألومنيوم المنصهر، قد يترسب الهيدروجين المذاب الذي يتجاوز الحد الأدنى للغاية لقابلية الذوبان في الحالة الصلبة في شكل جزيئي، مما يؤدي إلى تكوين فراغات أولية و/أو ثانوية.
مصادر الهيدروجين
توجد مصادر عديدة للهيدروجين في الألومنيوم. حيث تتفكك الرطوبة الموجودة في الغلاف الجوي على سطح المعدن المنصهر، مما يوفر تركيزًا من الهيدروجين الذري القادر على الانتشار داخل المادة المنصهرة. ويقاوم حاجز الأكسيد في الألومنيوم ذوبان الهيدروجين من خلال هذه الآلية، لكن الاضطرابات التي تحدث على سطح المادة المنصهرة وتؤدي إلى كسر حاجز الأكسيد تؤدي بدورها إلى ذوبان سريع للهيدروجين. كما قد تؤثر عناصر السبائك، وخاصة المغنيسيوم، على امتصاص الهيدروجين من خلال تكوين نواتج تفاعلات الأكسدة التي تقلل من مقاومة انتشار الهيدروجين في المادة المنصهرة، ومن خلال تغيير قابلية الذوبان في السائل.
تأثير الهيدروجين على الألومنيوم
قد يحدث نوعان أو شكلان من مسامية الهيدروجين في الألومنيوم المصبوب. والأهم من ذلك هو المسامية بين الشُعب، والتي تحدث عندما تكون محتويات الهيدروجين مرتفعة بدرجة كافية بحيث يؤدي الهيدروجين المرفوض عند جبهة التصلب إلى ضغوط محلول أعلى من الضغط الجوي. أما المسامية الثانوية (بحجم الميكرون) فتحدث عندما تكون نسبة الهيدروجين المذاب منخفضة، ويكون تكوّن الفراغات بشكل مميز دون الحرج.
قد لا تكون مسامية الهيدروجين الموزعة بدقة أمرًا غير مرغوب فيه دائمًا. قد يؤدي ترسيب الهيدروجين إلى تغيير شكل وتوزيع مسامية الانكماش في الأجزاء أو أقسام القطع التي تعاني من سوء التغذية. ويُعد الانكماش عمومًا أكثر ضررًا بخصائص المسبوكات. وفي حالات معزولة، قد يتم إدخال الهيدروجين عن قصد والتحكم فيه بتركيزات محددة تتوافق مع متطلبات تطبيق المسبوكات من أجل تعزيز سلامة السطح.
الهيدروجين في المحلول الصلب
يعتمد توزيع الهيدروجين في البنية المتصلبة على مستوى الهيدروجين المذاب والظروف التي يحدث فيها التصلب. ونظرًا لأن وجود مسامات الهيدروجين ناتج عن التبلور والنمو اللذين يتحكمان فيهما الانتشار، فإن خفض تركيز الهيدروجين وزيادة معدل التصلب يعملان على كبح تكوين الفراغات ونموها. ولهذا السبب، فإن المسبوكات المصنوعة في عمليات القوالب القابلة للاستهلاك تكون أكثر عرضة للعيوب المرتبطة بالهيدروجين مقارنة بالأجزاء المنتجة بواسطة القوالب الدائمة أو الصب بالضغط.
وحدة إزالة الغازات لإزالة الهيدروجين
يمكن خفض مستويات الهيدروجين المذاب بعدة طرق، وأهمها عملية التهوية باستخدام غازات جافة ونقية كيميائيًا مثل النيتروجين والأرجون والكلور والفريون. تعمل عملية التهوية بالغاز على خفض محتوى الهيدروجين المذاب في الألومنيوم المنصهر عن طريق الانتشار بالضغط الجزئي. AdTech وحدة إزالة الغازات عبر الإنترنت يمكن إزالة الغازات باستخدام غاز خامل، مثل النيتروجين أو الأرجون.
يتم حقن غاز خامل في صندوق إزالة الغازات، حيث يدور الدوار بسرعة عالية. وتتفكك الفقاعات الكبيرة من الغاز الخامل إلى فقاعات صغيرة جدًّا، وتنتشر بشكل متساوٍ في المعدن المنصهر. ومن خلال تقليل قطر الفقاعات، تزداد المساحة السطحية الإجمالية لهذه الفقاعات بشكل كبير. وهذا يجعل سطح المزيد من الفقاعات الخاملة يتلامس مع الهيدروجين والشوائب الموجودة في المعدن السائل. وعندما ترتفع الفقاعات، يتم جلب الهيدروجين والشوائب إلى سطح السائل لإزالتها.
يتم ضبط معدل تدفق الغاز الخامل وفقًا لحجم السائل المعدني. كما يمكن ضبط سرعة القضيب الدوار والدوار لإنتاج فقاعات بالحجم المناسب لتسهيل انتشار الغاز الخامل.