La purificación del aluminio fundido es una de las medidas para garantizar la alta calidad de los productos de aleaciones de aluminio, y constituye además el principal medio para mejorar la calidad general de dichas aleaciones. El efecto del refinado del aluminio fundido tiene una influencia importante en la formación de poros, cavidades de contracción e inclusiones, y afecta directamente a las propiedades físicas y mecánicas de las piezas fundidas de aleación de aluminio. Sin aluminio fundido de alta calidad, por muy avanzado que sea el procesamiento posterior, los defectos siempre estarán presentes en el producto una vez que se hayan producido, y resultará difícil obtener piezas de fundición de alta calidad. Por lo tanto, debemos prestar atención a los gases y las inclusiones presentes en el aluminio fundido, y tomar medidas para eliminarlos.
Gas e inclusiones en el aluminio fundido
El gas presente en el aluminio fundido es principalmente hidrógeno (aproximadamente entre el 80% y el 90%), seguido de nitrógeno, oxígeno y monóxido de carbono. El hidrógeno es prácticamente insoluble en el aluminio sólido, pero presenta una gran solubilidad en el líquido. La solubilidad del hidrógeno en la fase sólida es de 0,65 mL y de 0,034 mL por cada 100 g de aluminio fundido; es decir, la diferencia entre la solubilidad del hidrógeno en la fase sólida y en la líquida es de 19,1 veces, y el contenido normal de hidrógeno por cada 100 g de aluminio fundido es de 0,1 a 0,4 ml. Debido a la diferencia de solubilidad, el hidrógeno tiende a escapar de la masa fundida. Cuando la presión del hidrógeno es mayor que la tensión superficial y la presión hidrostática, se forman burbujas, lo que a su vez provoca la aparición de poros en la pieza fundida. Por lo tanto, en la purificación del aluminio fundido, el principal problema es que el contenido de hidrógeno de la aleación de aluminio es relativamente alto. Por lo general, cuando el contenido de hidrógeno por cada 100 g de aluminio es de 0,1 a 0,2 ml, se cumplen los requisitos de producción. En el caso de las piezas de fundición con requisitos especiales, el contenido de hidrógeno por cada 100 g de aluminio debe ser inferior a 0,06 ml.
Las inclusiones son cualquier sólido y sustancia distinta de los líquidos por encima del punto de liquidus. Entre las impurezas no metálicas más comunes en el aluminio fundido se encuentran los óxidos, los nitruros, los carburos, los boruros, etc., la mayoría de los cuales se presentan en forma granular, y el tamaño típico de las partículas oscila entre 1 y 30 m. Salvo en el caso de la carga, si se trata del producto de una reacción química en el proceso de fusión. El espesor de la película de óxido en la superficie del aluminio es de 2 a 10 m, y aumenta hasta 200 m cuando se acerca al punto de fusión. La película de óxido en la superficie del líquido no solo es más gruesa, sino que además su estructura ha cambiado. La cara que da al aluminio fundido es densa y ejerce un efecto protector sobre este, mientras que la parte exterior de la película es porosa, con pequeños poros de un diámetro de entre 5 y 10 m en su interior, y está llena de hidrógeno, aire y vapor de agua. Si la película líquida se agita y se mezcla con el aluminio fundido, aumentará la cantidad de impurezas y gases.
Además, en las fundiciones de aleaciones de alta composición aparecerán algunos compuestos intermetálicos primarios indeseables, como el aluminio-circonio, el aluminio-titanio, etc. La aleación de aluminio que contiene hierro también forma una fase Al-Fe rica en hierro, que equivale a Al-Si-Fe. La fase Al-Si-Fe es un compuesto con forma de aguja que daña gravemente la matriz de aluminio y afecta a sus propiedades mecánicas.
Existe una fuerte interacción entre las inclusiones de la aleación de aluminio y el gas, y el contenido de hidrógeno en el aluminio fundido se ve muy afectado por las inclusiones. Cuando el contenido de inclusiones es de 0,002% y 0,02%, el contenido de hidrógeno correspondiente es de 0,2 ml/100 g de Al y 0,35 ml/100 g de Al.
En el caso de un mismo contenido de hidrógeno, cuanto mayor sea el contenido de inclusiones, mayor será la tasa de poros diminutos. Por el contrario, cuando el contenido de impurezas en el aluminio fundido es muy bajo, el contenido de hidrógeno también es muy bajo. Incluso si se introduce hidrógeno de forma artificial, este se precipitará automáticamente y volverá rápidamente a su contenido original. Aunque exista una pequeña cantidad de inclusiones, esto puede reducir significativamente la concentración crítica de poros.
Por otra parte, en ausencia de inclusiones, la concentración crítica de hidrógeno necesaria para la formación de poros puede alcanzar los 0,3 ml/100 g de Al. Por lo tanto, la eliminación de impurezas y de gas debe llevarse a cabo simultáneamente, lo cual reviste la misma importancia.
Situación actual de purificación de la masa fundida de aleación de aluminio Desde el punto de vista tecnológico, el tratamiento integral de la purificación y el refinamiento del grano del aluminio líquido constituye el problema fundamental para obtener una purificación de alta calidad del aluminio fundido en las aleaciones de aluminio. Según las diferentes fases de producción, el tratamiento de purificación del aluminio fundido puede dividirse en tratamiento en horno y tratamiento fuera del horno. El tratamiento en horno de las aleaciones de aluminio puede dividirse, según el mecanismo de purificación, en tecnología de purificación por adsorción y tecnología de purificación sin adsorción. La purificación mediante el método de adsorción se basa principalmente en el efecto de adsorción de las inclusiones oxidadas producidas por el agente refinador, y, al mismo tiempo, elimina las inclusiones oxidadas y el hidrógeno adherido a la superficie para lograr la purificación del aluminio fundido. La purificación sin adsorción se basa en otros efectos físicos y químicos para lograr la purificación del aluminio fundido. El efecto purificador del método de adsorción solo se produce en la interfaz de adsorción, mientras que el del método sin adsorción actúa sobre la totalidad del aluminio fundido al mismo tiempo.