تنمو مرحلة السيليكون في خليط الألومنيوم والسيليكون المتساوي الانصهار لتتخذ شكل رقائق في ظل ظروف النمو التلقائي، بل وتظهر حتى مراحل سيليكون سميكة متعددة الأضلاع تشبه الألواح. وتؤدي هذه الأشكال من مرحلة السيليكون إلى تشقق مصفوفة الألومنيوم (Al) بشكل حاد، مما يتسبب في تركيز الإجهاد عند أطراف وحواف مرحلة السيليكون (Si)، ومن المرجح أن يتبع السبيكة حدود الحبيبات. أو أن مرحلة السيليكون ذات الشكل اللوحي نفسها تتشقق لتشكل شقوقًا، مما يجعل السبيكة هشة، وتقل الخصائص الميكانيكية، خاصة الاستطالة، بشكل ملحوظ، كما أن أداء القطع لا يكون جيدًا. من أجل تغيير الحالة الحالية للسيليكون وتحسين الخصائص الميكانيكية للسبيكة، تُستخدم تقنية المعالجة التعديلية منذ فترة طويلة.
تكنولوجيا معالجة التعديل
العناصر التي لها تأثير تعديلي على السيليكون اليوتيكي هي: الصوديوم (Na)، السترونتيوم (Sr)، الكبريت (S)، اللانثانوم (La)، السيريوم (Ce)، الأنتيمون (Sb)، التيلوريوم (Te)، وغيرها. تركز الأبحاث الحالية على عدة عوامل معدلة مثل الصوديوم والسترونتيوم والعناصر الأرضية النادرة.
تدهور الصوديوم (Na)
الصوديوم هو العنصر المتحول للسيليكون في المزيج المتساوي الانصهار الأقدم والأكثر فعالية. وهناك ثلاث طرق لإضافة الصوديوم، وهي: معدن الصوديوم، وملح الصوديوم، وكربونات الصوديوم.
عامل التعديل الأولي المستخدم مع الصوديوم المعدني هو الصوديوم المعدني نفسه. يتمتع الصوديوم بأفضل تأثير تعديلي ويمكنه تحسين البنية الإيوتكتية بفعالية. أضف كمية صغيرة (تتراوح بين 0.005% و0.01%) لإزالة الطور الإيوتكتية للسيليكون من الشكل الإبري، ليتحول إلى شكل ليفي متجانس تمامًا. ومع ذلك، هناك بعض أوجه القصور في استخدام التحول المعدني للصوديوم. أولًا، تبلغ درجة حرارة التحول 740 درجة مئوية، وهي قريبة من درجة غليان الصوديوم (892 درجة مئوية). لذلك، يسهل غليان سائل الألومنيوم، مما يؤدي إلى تناثره، وهو ما يعزز امتصاص أكسدة سائل الألومنيوم ويؤدي إلى تشغيل غير آمن. ثانياً، الكثافة النوعية للصوديوم منخفضة (0.97)، ويتراكم في الطبقة السطحية لسائل الألومنيوم أثناء عملية التحول، مما يؤدي إلى تعديل مفرط للجزء العلوي من سائل الألومنيوم، وتعديل غير كافٍ للجزء السفلي، ويكون تأثير التحول غير مستقر للغاية. وفي الوقت نفسه، يتفاعل الصوديوم بسهولة مع بخار الماء لتوليد الهيدروجين، مما يزيد من محتوى الغاز في سائل الألومنيوم. ويُعد الصوديوم مادة شديدة النشاط كيميائيًا ويتفاعل بسهولة مع الأكسجين الموجود في الهواء. بشكل عام، يجب نقعه في الكيروسين للحفظ، ويجب إزالة الكيروسين قبل الاستخدام. وهذا أمر صعب للغاية أيضًا، ولكن إذا لم تتم إزالته، فسوف يؤدي ذلك إلى دخول الغاز والشوائب إلى سائل الألومنيوم.
ملح الصوديوم. عامل التعديل المستخدم عادةً في الإنتاج هو خليط يحتوي على أملاح الهالوجين مثل NaF، والذي يعتمد على تفاعل ملح الصوديوم مع الألومنيوم لتوليد الصوديوم الذي يؤدي دور عامل التعديل. ومع ذلك، فإن أملاح الصوديوم هذه تتسرب بسهولة إلى بخار الماء، مما يزيد من ميل السبائك إلى التأكسد بفعل الجيتر. وفي الوقت نفسه، فإن أملاح الصوديوم هذه لها تأثير تآكلي على البيئة وتضر بصحة الجسم.
كربونات الصوديوم. يُعد عامل التعديل القائم على كربونات الصوديوم عامل تعديل خالٍ من التلوث، وينبغي تطويره للتغلب على المشكلات البيئية الناجمة عن استخدام التعديل بملح الصوديوم. بمعنى آخر، تُستخدم كربونات الصوديوم للتفاعل مع الألومنيوم والمغنيسيوم عند درجات حرارة عالية لتوليد الصوديوم والقيام بدور تحويلي. عملية التفاعل ونواتج التفاعل غير سامة. وبالمثل، فإن هذا النوع من المُعدِّلات الخالية من التلوث يعاني أيضًا من مشكلة امتصاص الماء وزيادة ميل سبائك الألومنيوم إلى الأكسدة.
هناك عيب آخر لا يمكن تجاهله عند استخدام تعديل الصوديوم، وهو أن مدة التعديل قصيرة، كما أنه عامل تعديل غير طويل الأمد. تبلغ مدة صلاحية مُعدِّل ملح الصوديوم 30 دقيقة إلى 60 دقيقة فقط. وبعد انقضاء هذه المدة، يختفي تأثير التعديل من تلقاء نفسه. وكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت سرعة زوال التأثير. ولذلك، يجب استخدام سائل الألومنيوم المعدل في غضون فترة زمنية قصيرة، كما يجب إعادة تعديله عند إعادة صهره. علاوة على ذلك، يصعب التحكم بدقة في عملية التعديل بالصوديوم، ولذلك يتم استبدالها تدريجيًا ببعض طرق التعديل طويلة الأمد.
التحول الصخري الناتج عن السترونتيوم (Sr)
السترونتيوم (Sr) هو مُعدِّل طويل المفعول، و تعديل Sr وتأثيره يعادل تأثير الصوديوم، ولا توجد أي عيوب في التعديل بالصوديوم، لذا فهو مُعدِّل واعد. وقد بدأت بريطانيا وهولندا ودول أخرى في الترويج لتطبيق تقنية المعالجة بالتعديل بالسترونتيوم (Sr) في أوائل الثمانينيات. وفي الوقت الحاضر، أُجريت أبحاث كثيرة حول تدهور حالة السترونتيوم في الداخل والخارج. كما أن نطاق استخدام الصين للسترونتيوم (Sr) بدلاً من الصوديوم أو ملح الصوديوم آخذ في الازدياد.
تتميز عملية التحول الصخري بالسترونتيوم بالمزايا التالية:
- تأثير التدهور جيد وفترة الصلاحية طويلة؛;
- عملية التحلل خالية من الدخان، وغير سامة، ولا تلوث البيئة، ولا تتسبب في تآكل المعدات والأدوات، ولا تضر بالصحة، كما أنها سهلة التشغيل؛;
- من السهل الحصول على خصائص ميكانيكية مرضية؛;
- تخضع المادة المعاد شحنها لعملية إعادة صهر وتحوّل صخري إلى حد ما؛;
- إنتاجية عالية للمسبوكات وفوائد اقتصادية شاملة ملحوظة.
