تؤثر الشوائب والغازات الموجودة في المعدن تأثيرًا كبيرًا على قوة المادة ومقاومتها للتعب ومقاومتها للتآكل، فضلاً عن أدائها فيما يتعلق بالتشقق الناتج عن التآكل تحت الإجهاد. وقد أصبح التحكم الفعال في الشوائب المؤكسدة في المادة المنصهرة، بهدف تحسين جودة القضبان المصبوبة والألواح المدرفلة، هدفًا مشتركًا تسعى إليه صناعات المعادن والصب والمواد في جميع البلدان. وفي الوقت الحالي، فإن مرشح رغوي خزفي تُستخدم طريقة التنقية على نطاق واسع لإزالة الشوائب من ذوبان سبائك الألومنيوم.
تكوّن الشوائب في سبائك الألومنيوم
يأتي جزء من الشوائب الموجودة في سبائك الألومنيوم مباشرةً من الخام، ويتشكل معظمها أثناء عملية الصهر والصب، وتكون في الغالب شوائب أكسيدية. تُسمى جميع الشوائب الموجودة قبل الصب «شوائب الأكسدة الأولية»، والتي يمكن تقسيمها إلى فئتين وفقًا لحجمها: الأولى هي الشوائب الكبيرة ذات التوزيع غير المتساوي في البنية الكلية، مما يجعل بنية السبيكة غير متصلة ويقلل من تماسك المسبوك. وهي تصبح مصدرًا للتآكل وسببًا لحدوث الشقوق، مما يقلل بشكل كبير من قوة ومرونة السبيكة؛ أما النوع الآخر فهو الشوائب الصغيرة
الشوائب المتناثرة: لا يمكن إزالة هذا النوع من الشوائب تمامًا بعد عملية التكرير، مما يزيد من لزوجة المعدن المنصهر ويقلل من قدرة تغذية الألومنيوم المنصهر أثناء التصلب. تتشكل شوائب الأكسدة الثانوية بشكل أساسي أثناء عملية الصب. أثناء الصب، يتلامس الألومنيوم المنصهر مع الهواء، ويتفاعل الأكسجين مع الألومنيوم لتكوين شوائب أكسيدية. وأثناء عملية الصهر، تتلامس سبائك الألومنيوم مع مكونات مختلفة في غاز الفرن لتوليد مركبات مثل AL2O3. ويؤدي وجود Al2O3 في الألومنيوم المنصهر إلى زيادة محتوى الهيدروجين فيه. لذلك، فإن محتوى AL2O3 في الألومنيوم المنصهر له تأثير كبير على تكوين المسام في مصبوبات الألومنيوم.
طريقة تنقية المرشح
ظهرت تقنية الترشيح بالسيراميك الرغوي في سبعينيات القرن الماضي، وسرعان ما انتشر استخدامها على نطاق واسع في الولايات المتحدة وكندا واليابان وفرنسا وأستراليا وسويسرا. وهي الطريقة الأكثر فعالية لإزالة الشوائب من معدن الألومنيوم المنصهر.
في السنوات الأخيرة، أُجريت أبحاث في الداخل والخارج حول بعض التقنيات الجديدة لتنقية الألومنيوم المنصهر، مثل المعالجة الديناميكية بالفراغ، والتنقية بالتفريغ المستمر بالموجات فوق الصوتية، والمرشحات الخزفية المصنوعة من الكوراندوم، والتي حققت نتائج جيدة جدًّا. ومع ذلك، فإن طرق المعالجة هذه معقدة نسبيًّا ومكلفة، ومن الصعب تعميمها على نطاق واسع في إنتاج الألومنيوم الصناعي. أما بالنسبة لشبكة الترشيح المعدنية والترشيح باستخدام القماش الليفي، فيمكن إزالة الشوائب الكبيرة فقط من سبيكة الألومنيوم المنصهرة، ولكن لا يمكن إزالة الشوائب التي يقل حجمها عن مستوى الميكرون، كما أن شبكة الترشيح المعدنية ستلوث سبيكة الألومنيوم أيضًا. يمكن أن يؤدي استخدام ألواح الترشيح الخزفية الرغوية إلى تصفية الشوائب الدقيقة وتحسين الخصائص الميكانيكية وجودة مظهر المسبوكات بشكل ملحوظ.
مبدأ طريقة التنقية بالمرشح
تتميز لوحة الترشيح الرغوية الخزفية بشبكة متعددة الطبقات وثقوب متعددة الأبعاد، وتتصل هذه الثقوب ببعضها البعض. أثناء عملية الترشيح، يحمل الألومنيوم المنصهر شوائب ويتدفق عبر القنوات والمسام المتعرجة، ويتم اعتراضه وامتصاصه وترسيبه مباشرةً وما إلى ذلك عند ملامسته للهيكل الرغوي للوحة الترشيح. وعندما يتدفق المعدن المنصهر عبر الفتحة، فإن قناة لوحة الترشيح تكون منحنية، فيغير المعدن المنصهر المتدفق عبر القناة اتجاه تدفقه، وتصطدم الشوائب بسندان جدار الفتحة وتلتصق بقوة بجدار الفتحة.