La influencia del hidrógeno en el aluminio es evidente. El hidrógeno es el único gas que presenta una solubilidad apreciable en el aluminio y sus aleaciones. Su solubilidad varía directamente con la temperatura y la raíz cuadrada de la presión. Durante el enfriamiento y la solidificación del aluminio fundido, el hidrógeno disuelto que supere la solubilidad en estado sólido —que es extremadamente baja— puede precipitarse en forma molecular, lo que da lugar a la formación de poros primarios y/o secundarios.
Fuentes de hidrógeno
Existen numerosas fuentes de hidrógeno en el aluminio. La humedad de la atmósfera se disocia en la superficie del metal fundido, lo que da lugar a una concentración de hidrógeno atómico capaz de difundirse en la masa fundida. La capa de óxido del aluminio actúa como barrera contra la disolución del hidrógeno mediante este mecanismo, pero las perturbaciones en la superficie de la masa fundida que rompen dicha barrera de óxido provocan una rápida disolución del hidrógeno. Los elementos de aleación, especialmente el magnesio, también pueden afectar a la absorción de hidrógeno al formar productos de reacción de oxidación que ofrecen una menor resistencia a la difusión del hidrógeno en el baño de fusión y al alterar la solubilidad en estado líquido.
Influencia del hidrógeno en el aluminio
En el aluminio fundido pueden aparecer dos tipos o formas de porosidad por hidrógeno. La más importante es la porosidad interdendrítica, que se produce cuando el contenido de hidrógeno es lo suficientemente elevado como para que el hidrógeno expulsado en el frente de solidificación genere presiones de solución superiores a la atmosférica. La porosidad secundaria (de tamaño micrométrico) se produce cuando el contenido de hidrógeno disuelto es bajo y la formación de poros es, característicamente, subcrítica.
La porosidad por hidrógeno finamente distribuida no siempre tiene por qué ser indeseable. La precipitación de hidrógeno puede alterar la forma y la distribución de la porosidad por contracción en piezas o secciones de piezas con una alimentación deficiente. La contracción suele ser más perjudicial para las propiedades de la pieza fundida. En casos aislados, el hidrógeno puede introducirse de forma intencionada y controlarse en concentraciones específicas compatibles con los requisitos de aplicación de la pieza fundida, con el fin de favorecer la solidez superficial.
Hidrógeno en solución sólida
La distribución del hidrógeno en una estructura solidificada depende del nivel de hidrógeno disuelto y de las condiciones en las que se produce la solidificación. Dado que la presencia de porosidad por hidrógeno es consecuencia de la nucleación y el crecimiento controlados por difusión, la reducción de la concentración de hidrógeno y el aumento de la velocidad de solidificación contribuyen a frenar la formación y el crecimiento de huecos. Por este motivo, las piezas fundidas fabricadas mediante procesos de molde desechable son más susceptibles de presentar defectos relacionados con el hidrógeno que las piezas producidas mediante molde permanente o fundición a presión.
Unidad de desgasificación para la eliminación de hidrógeno
Los niveles de hidrógeno disuelto pueden reducirse mediante diversos métodos, siendo el más importante de ellos el fluxado con nitrógeno seco y químicamente puro, argón, cloro y freón. El fluxado con gas reduce el contenido de hidrógeno disuelto en el aluminio fundido mediante difusión por presión parcial. AdTech unidad de desgasificación en línea Se puede desgasificar mediante un gas inerte, como el nitrógeno o el argón.
Al inyectar un gas inerte en la cámara de desgasificación, el rotor gira a alta velocidad. Las grandes burbujas de gas inerte se rompen en burbujas muy finas, que se dispersan uniformemente por el metal fundido. Al reducirse el diámetro de las burbujas, la superficie total de estas aumenta drásticamente. Esto hace que la superficie de un mayor número de burbujas entre en contacto con el hidrógeno y las impurezas presentes en el metal líquido. A medida que las burbujas ascienden, el hidrógeno y las impurezas son llevados a la superficie del líquido para su eliminación.
El caudal del gas inerte se ajusta en función del volumen del metal fundido. La velocidad de la varilla giratoria y del rotor también se puede ajustar para generar burbujas del tamaño adecuado que faciliten la difusión del gas inerte.