صهر سبائك الألومنيوم

العلاقة بين الألومنيوم والهيدروجين في عملية صهر سبائك الألومنيوم

تميل سبائك الألومنيوم إلى امتصاص الغازات عندما تكون في الحالة السائلة. ويأتي الغاز الممتص بشكل أساسي من مصدرين. فمن ناحية، هو الغاز الموجود أصلاً في مادة الألومنيوم نفسها. ومن ناحية أخرى، هو الغاز المكتسب الناتج عن استخدام طرق صهر مختلفة. ويشمل ذلك الغازات الممتصة في الفرن، والرطوبة والشحوم التي تلتصق بحمولة الفرن من الهواء الرطب في البيئة المحيطة، وجهاز إزالة الغازات غير المجفف، والرطوبة الممتصة أثناء عملية الصهر. وتُظهر الأبحاث التجريبية أن الهيدروجين هو الغاز الأكثر وجودًا في عملية امتصاص سبائك الألومنيوم، ولذلك فإن الهيدروجين هو الهدف الرئيسي لعملية إزالة الغازات.

تزداد كمية الهيدروجين المذابة في سبائك الألومنيوم مع ارتفاع درجة حرارة تسخين الألومنيوم المنصهر. وتبدأ في امتصاص الهيدروجين عند حوالي 600 درجة مئوية، وتزداد هذه الكمية تدريجيًّا حتى تصل إلى 750 درجة مئوية. ويجب أن تتجاوز درجة الحرارة 750 درجة مئوية لتجنب امتصاص كميات كبيرة من الهيدروجين. يذوب الهيدروجين في المخاط ويشكل “طورًا سائلًا” مع الألومنيوم. ويهرب الهيدروجين دون أن يذوب في الألومنيوم أثناء التصلب. ومع ذلك، ونظرًا لأن سطح المسبوك يتصلب أولاً، لا يستطيع الهيدروجين الهروب، لذا يبقى داخل المسبوك ويشكل مسامًا.

عامل إزالة الغازات

الغرض من عامل إزالة الغازات ويتمثل ذلك في إزالة الهيدروجين الممتص في محلول سبائك الألومنيوم، ومنع تكوّن المسام داخل المسبوكات، وجعل البنية البلورية أقل سمكًا. ويمكن تقسيم عوامل إزالة الغازات إلى نوعين: عوامل إزالة الغازات الصلبة وعوامل إزالة الغازات الغازية. تشمل عوامل إزالة الغازات الصلبة ZnCl₂ و MnCl₂ و AlCl₃ وغيرها، بينما تشمل عوامل إزالة الغازات الغازية الكلور والنيتروجين.

أكسدة سبائك الألومنيوم

يتكون أكسيد الألومنيوم عند أكسدة الألومنيوم. وهو يمتص الهيدروجين بقوة في سائل الألومنيوم. وفي الوقت نفسه، يتلوث محلول الألومنيوم وسبائكه بأكسيد الألومنيوم، مما يؤدي إلى تدهور شديد في أدائه. لا يذوب الألومينا في الألومنيوم المنصهر، لكنه يقلل من سيولة السبيكة، مما يتسبب في ظهور مسام وشقوق وندوب في المسبوكات، وبالتالي يقلل من الخصائص الميكانيكية وخصائص المعالجة للمسبوكات.

من أجل توفير الشروط اللازمة للحصول على سبيكة ألومنيوم نقية نسبيًا، فإن الخطوة الأولى هي استخدام مواد تغذية جافة وخالية من الأوساخ. فالرطوبة ونواتج التآكل الموجودة على سطح المعدن هي السبب الرئيسي لتلوث السبيكة نتيجة الأكسدة. وأثناء عملية الصهر، تحدث أكسدة سبيكة الألومنيوم نتيجة التفاعل مع الهواء داخل الفرن. وكلما ارتفعت درجة حرارة سائل السبائك، زادت شدة درجة الأكسدة. ولذلك، فإن توفير ظروف صهر جيدة يعد جزءًا مهمًا من منع أكسدة سبائك الألومنيوم، شريطة ألا يتم تسخين سائل السبائك بشكل مفرط.