“يشير مصطلح ”إزالة الغازات“ عمومًا إلى إزالة الغازات من السبائك، بينما يشير مصطلح ”التنقية» إلى إزالة الشوائب الموجودة في السبائك. والغرض من إزالة الغازات وتنقية الألومنيوم المنصهر هو إزالة أو تقليل شوائب الأكسيد والغازات قدر الإمكان، وذلك لتحسين درجة تنقية المعدن. ولذلك، يُشار إلى إزالة الغازات من الألومنيوم المنصهر وتنقيته عمومًا باسم «معالجة التنقية».
ترتبط متطلبات نقاء سبائك الألومنيوم المنصهرة عمومًا بأنواعها واستخداماتها المختلفة. وبشكل عام، يجب أن يكون محتوى الهيدروجين أقل من 0.2 مل/100 غالون، ولكن يجب أن يكون أقل من 0.1 مل/100 غالون بالنسبة لمواد الطيران التي تخضع لمتطلبات خاصة. من الصعب وضع متطلبات كمية للشوائب غير المعدنية لأنه يتعذر تحديد كميتها بدقة. توجد العديد من طرق تنقية الألومنيوم وسبائك الألومنيوم، والتي يمكن تصنيفها إلى فئتين: التنقية داخل الفرن والتنقية الخارجية. في الوقت الحالي، يتم استخدام الغاز الخامل وتكرير الصهر و مرشح رغوي خزفي تُستخدم عمليات التنقية على نطاق واسع في الصين. كما قامت بعض مصانع معالجة الألومنيوم الكبيرة والمتوسطة الحجم بتطبيق أجهزة معالجة مدمجة في خط الإنتاج، بهدف تحسين جودة المادة المنصهرة بشكل أكبر.
مصدر الغاز في سبائك الألومنيوم
في عملية صهر سبائك الألومنيوم، توجد أنواع عديدة من الغازات، مثل H₂ وCO₂ وCo وN₂ والهيدروكربونات وH₂O وO₂، والتي يتم إدخالها من الغلاف الجوي والوقود والمواد المضافة والمواد المقاومة للحرارة والمواد المساعدة وأدوات الصب. ولكن الغازات التي يمكن أن تذوب بكميات كبيرة في الألومنيوم السائل هي فقط تلك التي يسهل تحللها إلى ذرات. وعلى وجه التحديد، فإن 80-90% من الغاز المذاب في الألومنيوم السائل هو الهيدروجين. ولذلك، فإن محتوى الغاز في سبائك الألومنيوم يشير بشكل أساسي إلى محتوى الهيدروجين. لا يوجد الكثير من الهيدروجين في الهواء المحيط أثناء عملية الصهر، لذا فإن المصدر الرئيسي للهيدروجين هو ذرة الهيدروجين الناتجة عن تفاعل الماء مع الألومنيوم المنصهر. 2Al＋3H₂O＝Al₂O₃＋6[H]. يذهب جزء من هذا الهيدروجين الذري إلى الغلاف الجوي وجزء آخر إلى الألومنيوم السائل. وقد ثبت أن محتوى الغاز في السبائك يختلف باختلاف رطوبة الهواء في المواسم والمناطق المختلفة، وأن محتوى الغاز يزداد مع زيادة رطوبة الهواء.
العوامل المؤثرة على محتوى الغاز
تأثير عناصر السبائك: يمكن لعناصر السبائك التي تتمتع بقوة ارتباط أكبر بالغاز، مثل التيتانيوم والزركونيوم والمغنيسيوم وغيرها، أن تزيد من قابلية ذوبان الغاز في السبائك، في حين أن عناصر السبائك مثل النحاس والسيليكون والمنغنيز والزنك يمكن أن تقلل من قابلية ذوبان الغاز في سبائك الألومنيوم.
تأثير الضغط الجزئي للغاز: عند درجة حرارة واحدة، تزداد قابلية ذوبان الغاز في المعدن مع زيادة الضغط الجزئي للهيدروجين في تركيبة غاز الفرن. ولذلك، فإن قابلية ذوبان الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر باستخدام فرن اللهب أعلى منها في الفرن الكهربائي.
تأثير درجة الحرارة: عندما يكون الضغط الجزئي للهيدروجين ثابتًا، كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت كمية الهيدروجين التي يمتصها الألومنيوم المنصهر.
بالإضافة إلى ذلك، تؤثر حالة طبقة الأكسيد على سطح المعدن ووقت الانصهار أيضًا على قابلية ذوبان الغاز في الألومنيوم المنصهر.