La fase de silicio en la aleación eutéctica de aluminio y silicio se transformará en escamas en condiciones de crecimiento espontáneo, llegando incluso a aparecer fases de silicio con forma de placas poligonales de gran espesor. Estas formas de la fase de silicio fracturarán gravemente la matriz de aluminio, provocando una concentración de tensiones en las puntas y los bordes de la fase de silicio, y es probable que la aleación se fracture a lo largo de los límites de grano. O bien, la propia fase de silicio en forma de placa se agrieta, lo que hace que la aleación se vuelva frágil; las propiedades mecánicas, especialmente la elongación, se reducen significativamente, y la capacidad de corte no es buena. Con el fin de modificar el estado actual del silicio y mejorar las propiedades mecánicas de la aleación, se lleva mucho tiempo utilizando la tecnología de tratamiento de modificación.
Tecnología de tratamiento de modificaciones
Los elementos que tienen un efecto modificador sobre el silicio eutéctico son: el sodio (Na), el estroncio (Sr), el azufre (S), el lantano (La), el cerio (Ce), el antimonio (Sb), el teluro (Te), etc. La investigación actual se centra en varios modificadores, como el sodio, el estroncio y las tierras raras.
Deterioro por sodio (Na)
El sodio es el elemento metamórfico eutéctico del silicio más antiguo y eficaz. Existen tres formas de añadir sodio: en forma de metal, de sal de sodio y de carbonato de sodio.
El agente modificador inicial que se utiliza para el sodio metálico es el propio sodio metálico. El sodio tiene el mejor efecto modificador y puede refinar eficazmente la estructura eutéctica. Al añadir una pequeña cantidad (entre 0,005% y 0,01%), se elimina la fase eutéctica de silicio de la estructura acicular, que pasa a adoptar una forma fibrosa completamente uniforme. Sin embargo, el uso del metamorfismo con sodio metálico presenta algunas desventajas. En primer lugar, la temperatura de metamorfismo es de 740 ℃, lo que se aproxima al punto de ebullición del sodio (892 ℃). Por lo tanto, el aluminio líquido tiende a hervir fácilmente, lo que provoca salpicaduras que favorecen la oxidación del aluminio líquido y hacen que la operación resulte insegura. En segundo lugar, la densidad del sodio es baja (0,97) y, durante el metamorfismo, se concentra en la capa superficial del aluminio líquido, de modo que la parte superior del aluminio líquido se modifica en exceso y la parte inferior se modifica insuficientemente, lo que hace que el efecto metamórfico sea extremadamente inestable. Al mismo tiempo, el sodio reacciona fácilmente con el vapor de agua para generar hidrógeno, lo que aumenta el contenido de gas del aluminio líquido. El sodio es muy reactivo químicamente y reacciona fácilmente con el oxígeno del aire. Por lo general, debe sumergirse en queroseno para su conservación, y es imprescindible eliminar el queroseno antes de su uso. Esto también resulta muy complicado, pero si no se elimina, introducirá gas e inclusiones en el aluminio líquido.
Sal sódica. El agente modificador que se utiliza habitualmente en la producción es una mezcla que contiene sales halogenadas, como el NaF, y que aprovecha la reacción entre la sal de sodio y el aluminio para generar sodio, que desempeña una función modificadora. Sin embargo, estas sales de sodio se liberan fácilmente al vapor de agua, lo que aumenta la tendencia de la aleación a la oxidación por efecto getter. Al mismo tiempo, estas sales de sodio tienen un efecto corrosivo sobre el medio ambiente y son perjudiciales para la salud.
Carbonato de sodio. El agente modificador a base de carbonato de sodio es un agente modificador no contaminante que debería desarrollarse para superar los problemas medioambientales que plantea el uso de la modificación con sal de sodio. Es decir, el carbonato de sodio se utiliza para reaccionar con el aluminio y el magnesio a alta temperatura, con el fin de generar sodio y desempeñar una función metamórfica. El proceso de reacción y los productos de la misma no son tóxicos. Del mismo modo, este tipo de modificador no contaminante también presenta el problema de absorber agua y aumentar la tendencia de la aleación de aluminio a la oxidación por getter.
Existe otra desventaja que no se puede pasar por alto al utilizar la modificación con sodio: el tiempo de modificación es breve y se trata de un agente de modificación que no tiene efecto a largo plazo. El periodo de validez del modificador de sal de sodio es de solo 30 min a 60 min. Transcurrido este tiempo, el efecto de la modificación desaparece por sí solo. Cuanto mayor es la temperatura, más rápido se pierde el efecto. Por lo tanto, el aluminio líquido modificado debe utilizarse en poco tiempo y debe volver a modificarse al refundirlo. Además, resulta difícil controlar con precisión el proceso de metamorfismo con sodio, por lo que este método está siendo sustituido gradualmente por otros métodos de metamorfismo de larga duración.
Metamorfismo de estroncio (Sr)
El estroncio (Sr) es un modificador de acción prolongada, el Modificación Sr Su efecto es equivalente al del sodio y no presenta las desventajas de la modificación con sodio, por lo que se trata de un modificador prometedor. El Reino Unido, los Países Bajos y otros países comenzaron a promover la aplicación de la tecnología de tratamiento mediante modificación con estroncio (Sr) a principios de la década de 1980. En la actualidad, se han realizado numerosas investigaciones sobre la degradación del estroncio, tanto a nivel nacional como internacional. El uso del estroncio (Sr) en lugar del sodio o de la sal de sodio también está aumentando en China.
El metamorfismo de estroncio presenta las siguientes ventajas:
- El efecto de deterioro es bueno y el periodo de validez es largo;
- El proceso de deterioro no genera humo, no es tóxico, no contamina el medio ambiente, no corroe los equipos ni las herramientas, no es perjudicial para la salud y es fácil de manejar;
- Es fácil conseguir propiedades mecánicas satisfactorias;
- El material recargado presenta cierto efecto de refundición y metamorfismo;
- Alto rendimiento en la producción de piezas fundidas y notables beneficios económicos globales.