“Термин ”дегазация“ обычно обозначает удаление газов из сплавов, а ”очистка» — удаление включений из сплавов. Цель дегазации и очистки расплава алюминия заключается в том, чтобы максимально удалить или уменьшить количество оксидных включений и газов, с тем чтобы повысить степень очистки металла. Поэтому дегазацию и рафинирование алюминиевой расплавленной массы обычно называют очисткой.
Требования к чистоте расплава алюминиевого сплава, как правило, зависят от его марки и области применения. Обычно содержание водорода должно составлять менее 0,2 мл/100 гал, однако для авиационных материалов с особыми требованиями оно должно быть ниже 0,1 мл/100 гал. Трудно установить количественные требования к неметаллическим включениям, поскольку их невозможно точно определить количественно. Существует множество методов очистки алюминия и алюминиевых сплавов, которые можно разделить на две категории: очистка в печи и внешняя очистка. В настоящее время применяются очистка инортным газом и флюсом, а также керамический пенопластовый фильтр Очистительные установки широко используются в Китае. Некоторые крупные и средние предприятия по переработке алюминия также внедрили устройства для онлайн-обработки, чтобы ещё больше повысить качество расплава.
Источник газа в алюминиевом сплаве
В процессе плавки алюминиевого сплава образуется множество различных газов, таких как H₂, CO₂, CO, N₂, углеводороды, H₂O и O₂, которые поступают из атмосферы, топлива, шихты, огнеупорных материалов, флюсов и литейных инструментов. Однако только те газы, которые легко распадаются на атомы, могут растворяться в жидком алюминии в больших количествах. В частности, 80–90 % газа, растворённого в жидком алюминии, составляет водород. Поэтому под содержанием газа в алюминиевом сплаве в основном подразумевается содержание водорода. Во время плавки в окружающем воздухе содержится не так много водорода, поэтому основным источником водорода являются атомы водорода, образующиеся в результате реакции воды с расплавленным алюминием: 2Al＋3H₂O＝Al₂O₃＋6[H]. Часть этого атомарного водорода попадает в атмосферу, а часть — в жидкий алюминий. Доказано, что содержание газа в слитках зависит от влажности воздуха в разные сезоны и в разных регионах, причем с увеличением влажности воздуха содержание газа возрастает.
Факторы, влияющие на содержание газа
Влияние легирующих элементов: Легирующие элементы, обладающие более сильной связью с газом, такие как титан, цирконий, магний и т. д., могут повышать растворимость газа в сплаве, в то время как такие легирующие элементы, как медь, кремний, марганец и цинк, могут снижать растворимость газа в алюминиевом сплаве.
Влияние парциального давления газа: при одинаковой температуре растворимость газа в металле увеличивается с ростом парциального давления водорода в составе печного газа. Поэтому растворимость водорода в расплаве алюминия, полученном в газовой печи, выше, чем в электропечи.
Влияние температуры: при постоянном парциальном давлении водорода чем выше температура, тем больше водорода поглощается расплавом алюминия.
Кроме того, на растворимость газа в расплаве алюминия влияют также состояние оксидной пленки на поверхности металла и время плавления.