A influência do hidrogênio no alumínio é evidente. O hidrogênio é o único gás que apresenta solubilidade apreciável no alumínio e em suas ligas. Sua solubilidade varia diretamente com a temperatura e com a raiz quadrada da pressão. Durante o resfriamento e a solidificação do alumínio fundido, o hidrogênio dissolvido em excesso em relação à solubilidade extremamente baixa no estado sólido pode se precipitar na forma molecular, resultando na formação de vazios primários e/ou secundários.
Fontes de hidrogênio
Existem inúmeras fontes de hidrogênio no alumínio. A umidade da atmosfera se dissocia na superfície do metal fundido, proporcionando uma concentração de hidrogênio atômico capaz de se difundir na massa fundida. A barreira de óxido do alumínio resiste à dissolução do hidrogênio por meio desse mecanismo, mas perturbações na superfície da massa fundida que rompem a barreira de óxido resultam na rápida dissolução do hidrogênio. Elementos de liga, especialmente o magnésio, também podem afetar a absorção de hidrogênio ao formar produtos de reação de oxidação que oferecem menor resistência à difusão do hidrogênio no metal fundido e ao alterar a solubilidade do líquido.
Influência do hidrogênio no alumínio
Podem ocorrer dois tipos ou formas de porosidade por hidrogênio no alumínio fundido. A mais importante é a porosidade interdendrítica, que surge quando os teores de hidrogênio são suficientemente elevados, de modo que o hidrogênio rejeitado na frente de solidificação resulta em pressões de solução superiores à atmosférica. A porosidade secundária (da ordem de mícrons) ocorre quando o teor de hidrogênio dissolvido é baixo, e a formação de vazios é caracteristicamente subcrítica.
A porosidade por hidrogênio finamente distribuída nem sempre é indesejável. A precipitação de hidrogênio pode alterar a forma e a distribuição da porosidade de contração em peças ou seções de peças com alimentação insuficiente. A contração é, em geral, mais prejudicial às propriedades da peça fundida. Em casos isolados, o hidrogênio pode, na verdade, ser introduzido intencionalmente e controlado em concentrações específicas compatíveis com os requisitos de aplicação da peça fundida, a fim de promover a integridade superficial.
Hidrogênio em solução sólida
A distribuição do hidrogênio em uma estrutura solidificada depende do nível de hidrogênio dissolvido e das condições sob as quais ocorre a solidificação. Como a presença de porosidade por hidrogênio é resultado da nucleação e do crescimento controlados pela difusão, a redução da concentração de hidrogênio e o aumento da taxa de solidificação contribuem para suprimir a formação e o crescimento de vazios. Por esse motivo, peças fundidas produzidas em processos de molde descartável são mais suscetíveis a defeitos relacionados ao hidrogênio do que peças produzidas por molde permanente ou fundição sob pressão.
Unidade de desgaseificação para remoção de hidrogênio
Os níveis de hidrogênio dissolvido podem ser reduzidos por meio de diversos métodos, sendo o mais importante deles a purga com nitrogênio seco e quimicamente puro, argônio, cloro e freon. A purga com gás reduz o teor de hidrogênio dissolvido no alumínio fundido por meio da difusão por pressão parcial. AdTech unidade de desgaseificação online pode ser desgaseificado com gás inerte, como nitrogênio ou argônio.
Injeta-se um gás inerte na caixa de desgaseificação, e o rotor gira em alta velocidade. As grandes bolhas de gás inerte são fragmentadas em bolhas muito finas, que se dispersam uniformemente no metal fundido. Ao reduzir o diâmetro das bolhas, a área superficial total dessas bolhas aumenta drasticamente. Isso faz com que a superfície de um número maior de bolhas inertes entre em contato com o hidrogênio e as impurezas presentes no metal líquido. À medida que as bolhas sobem, o hidrogênio e as impurezas são levados à superfície do líquido para serem removidos.
A vazão do gás inerte é ajustada de acordo com o volume do metal líquido. A velocidade da haste giratória e do rotor também pode ser ajustada para produzir bolhas de tamanho adequado, a fim de facilitar a difusão do gás inerte.