Les métaux alcalins et alcalino-terreux présents dans l'aluminium fondu proviennent principalement des éléments alcalins et alcalino-terreux issus du processus d'électrolyse de l'aluminium, tels que le Na, le Li, le Ca, etc., ainsi que des fondants utilisés dans la fabrication des alliages d'aluminium. Flux pour alliages d'aluminium sont généralement composés de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux. Les principaux composants des chlorures et des fluorures sont le KCl, le NaCl, le NaF, le CaF, le Na₃AlF₆, le Na₂SiF₆, etc. Une fois le fondant de raffinage de l'aluminium utilisé, les métaux alcalins et alcalino-terreux susmentionnés restent dans la masse fondue.
Prenons l'exemple du sodium, un métal alcalin. Le sodium est pratiquement insoluble dans l’aluminium, et sa solubilité maximale à l’état solide est inférieure à 0,0025%. Dans un alliage Al-Mg, lorsque la teneur en magnésium dépasse 2%, le magnésium prive le silicium de ses atomes et libère du sodium libre. Le sodium se solidifie au cours du processus de solidification. Présent aux joints de grains, il retrouve son état libre au cours du processus de déformation plastique en raison de son faible point de fusion et constitue ainsi une source de fissures. À mesure que la déformation s’intensifie, ces fissures convergent pour former des fissures, ce qui correspond au phénomène dit de “ fragilité au sodium ”.
Le calcium présent dans un alliage d'aluminium forme, avec l'aluminium, de nouvelles phases : CaAl₄ et CaAl₂. La formation de ces nouvelles phases favorise la réduction des phases de renforcement dans l'alliage d'aluminium. Par exemple, lorsque la phase CaAl₄ est présente dans l’alliage d’aluminium, la phase de renforcement θ (CuAl₂) diminue, et la dureté de l’alliage d’aluminium après un traitement de vieillissement en solution diminue également. D’un point de vue microstructural, la phase CaAl₄ présente une structure tétragonale à réseau centré. En raison de la proximité entre la constante de réseau et le rayon atomique du cuivre, le cuivre présent dans la phase θ peut remplacer l’aluminium dans la phase CaAl₄ pour former une nouvelle phase composite, ce qui renforce la réduction de la phase de renforcement. Lorsque la teneur en calcium atteint 1,21 TP3T, les atomes de cuivre remplacent deux atomes d’aluminium dans la phase CaAl₂ pour former une nouvelle phase composite. Ce nouveau composé ne se dissout pas dans la matrice d’aluminium et ne peut pas subir de renforcement par précipitation. Le calcium présent dans l’alliage d’aluminium réduit la dureté à l’état brut de coulée, et lorsque la teneur en calcium augmente, la dureté de l’alliage d’aluminium après traitement thermique diminue également. De plus, lorsque la teneur en Ca, élément d’impureté nuisible, dans la masse fondue d’aluminium est élevée, la fluidité de la masse fondue de l’alliage d’aluminium s’en trouve réduite, ce qui favorise la formation d’inclusions d’air, de micro-trous ou de porosités. Dans les cas les plus graves, des composés de ségrégation durs et cassants se forment, ce qui entraîne une augmentation significative du taux de rebut des pièces moulées et une diminution de l’effet de renforcement par traitement thermique des alliages d’aluminium.
D'après les rapports disponibles, la méthode permettant d'éliminer les métaux alcalins de l'aluminium fondu consiste à utiliser un four de maintien
Le chlore, les agents d'affinage contenant du chlore (tels que l'hexachloroéthane, le tétrachlorure de carbone, etc.) ou les agents d'affinage contenant du fluorure sont utilisés pour l'affinage de la masse fondue. Cependant, lors de l'utilisation de chlore, de chlorure ou de fluorure, du chlore gazeux s'échappe de la masse d'aluminium fondue ; du chlore gazeux et du fluorure d'hydrogène sont générés après la réaction avec les métaux alcalins ; l'hexachloroéthane et le tétrachlorure de carbone se gazéifient sous l'effet de la chaleur. La production de gaz de carbone endommage gravement le revêtement du four et réduit sa durée de vie. Deuxièmement, cela entraîne des risques professionnels pour les opérateurs de production.
Une méthode écologique et efficace d'élimination des métaux alcalins et alcalino-terreux est mise en œuvre par réaction de substitution. Le principe de base consiste à exploiter les propriétés chimiques des métaux alcalins et alcalino-terreux, en fonction de leur ordre d'activité, et à ajouter d'autres sels métalliques contenant des cations relativement inactifs, puis à les éliminer par d'autres méthodes physiques. Prenons l'exemple de l'élimination du Na dans les alliages contenant du magnésium : celle-ci est généralement réalisée par la réaction de substitution entre le MgCl₂ et le Na élémentaire. La formule de réaction de base est la suivante :
MgCl₂ + 2Na = 2NaCl + Mg
À l'heure actuelle, les alliages haute performance évoluent vers des dimensions plus importantes, et les exigences en matière de taille des brames coulées ne cessent d'augmenter. Les gaz résiduels, les impuretés, les scories et les métaux alcalins et alcalino-terreux présents dans la masse fondue d'alliage d'aluminium auront un impact plus néfaste lors du traitement et de la déformation de la brame coulée.