إزالة الغازات من المعادن في صب السبائك، إزالة الغازات بالطريقة الدوارة

إزالة الغازات من المعادن

يُعد إزالة الغازات من المعادن خطوة تقنية وسيطة في إنتاج الألومنيوم، وتقع بين عمليتي صهر المعادن وصبها. ونظرًا للتفاعل مع بخار الماء، يذوب الهيدروجين بشكل أساسي في الألومنيوم السائل. ولمنع تكوّن الثقوب أثناء عملية الصب، يتم إزالة الهيدروجين — أي إزالة الغازات من المعدن السائل. وعادةً ما يتم إزالة الغازات من المعدن عن طريق حقن غاز خامل (عادةً الأرجون) في المعدن، حيث يتحد مع فقاعات الهيدروجين. ولجعل العملية الصناعية أكثر كفاءة، يجب أن يكون حجم فقاعات غاز الأرجون أصغر ما يمكن. حاليًّا، تتمثل الطريقة الأكثر استخدامًا لتنقية الفقاعات في وضع دوار ميكانيكي داخل المعدن السائل.

يتعرض الألومنيوم وسبائكه لنوع فريد من التآكل الكيميائي يُعرف باسم «التشقق الناتج عن الهيدروجين»، والذي ينتج عن الانتشار التدريجي لجزيئات الهيدروجين عبر الشبكة البلورية للمعدن. ويؤدي ذلك إلى ظهور عيوب موضعية في السبيكة، مما يضعف بشكل كبير من قوة الشد والليونة، وبالتالي يزيد من خطر حدوث تشققات سطحية. وعلى الرغم من أن الألومنيوم مادة صلبة، إلا أن قابلية الهيدروجين للذوبان فيه لا تكاد تذكر. ومع ذلك، فإن الألومنيوم المنصهر مادة شديدة التفاعل قادرة على تحلل الرطوبة بشكل نشط لإنتاج الهيدروجين.

قد يمتص المعدن المنصهر في عملية معالجة الألومنيوم المنصهر الهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي، ويؤدي إلى تحلل الماء المتراكم أو المتجمع على الأدوات مثل مغرفة النقل أو فرن البوتقة. وإذا امتص المعدن المنصهر كمية زائدة من الهيدروجين، فقد يؤثر ذلك على مسامية المنتج النهائي ويؤدي إلى زيادة كمية الخردة. ولأن القضاء على امتصاص الغاز في الألومنيوم المنصهر أمر غير ممكن، فإن خبراء المعادن يعملون على إزالة الهيدروجين من المعدن المنصهر قبل الصب.

يُعد إزالة الغازات من الألومنيوم المنصهر عملية أساسية في صب السبائك. وتتم هذه العملية بإحدى طريقتين: إزالة الغازات باستخدام مادة مساعدة أو إزالة الغازات الدوارة. حيث يقوم جهاز إزالة الغازات الدوار بحقن غاز خامل (مثل الأرجون (Ar) أو النيتروجين (N2)) مباشرةً في الألومنيوم المنصهر. ويؤدي دوران العمود، مقترناً بعملية تطهير الغاز الخامل هذه، إلى تكوين عدد كبير من الفقاعات في المعدن المنصهر.

ثم ينتشر الهيدروجين المذاب في الألومنيوم المنصهر داخل هذه الفقاعات وينفصل عن الطور السائل. وبالمقارنة مع إزالة الغازات من الصهر, وحدة إزالة الغازات الدوارة توفر طريقة أكثر فعالية ونظافة لإزالة الهيدروجين من الألومنيوم المنصهر.