Влияние водорода на алюминий очевидно. Водород — единственный газ, который в значительной степени растворим в алюминии и его сплавах. Его растворимость прямо пропорциональна температуре и квадратному корню из давления. В процессе охлаждения и затвердевания расплавленного алюминия растворенный водород, превышающий чрезвычайно низкую степень растворимости в твердом состоянии, может выпадать в молекулярной форме, что приводит к образованию первичных и/или вторичных пустот.
Источники водорода
В алюминии существует множество источников водорода. Влага из атмосферы диссоциирует на поверхности расплавленного металла, образуя концентрацию атомарного водорода, способного диффундировать в расплав. Барьерный оксид алюминия препятствует растворению водорода по этому механизму, однако нарушения поверхности расплава, разрушающие оксидный барьер, приводят к быстрому растворению водорода. Легирующие элементы, особенно магний, также могут влиять на поглощение водорода, образуя продукты окислительных реакций, которые снижают сопротивление диффузии водорода в расплав, а также изменяя растворимость в жидком состоянии.
Влияние водорода на алюминий
В литом алюминии могут встречаться два типа или вида водородной пористости. Более значимой является междендритная пористость, которая возникает при достаточно высоком содержании водорода, когда водород, вытесняемый на фронте затвердевания, приводит к давлению раствора, превышающему атмосферное. Вторичная (микронная) пористость возникает при низком содержании растворенного водорода, и образование пустот в этом случае, как правило, носит субкритический характер.
Мелкодисперсная водородная пористость не всегда является нежелательным явлением. Осаждение водорода может изменить форму и распределение усадочной пористости в недостаточно питаемых частях или участках детали. Усадка, как правило, оказывает более пагубное влияние на свойства отливки. В отдельных случаях водород может даже намеренно вводиться и контролироваться в определенных концентрациях, совместимых с эксплуатационными требованиями к отливке, с целью обеспечения поверхностной целостности.
Водород в твёрдом растворе
Распределение водорода в затвердевшей структуре зависит от уровня растворенного водорода и условий, при которых происходит затвердевание. Поскольку появление водородной пористости является результатом зародышеобразования и роста, определяемых диффузией, снижение концентрации водорода и увеличение скорости затвердевания способствуют подавлению образования и роста пустот. По этой причине отливки, изготовленные методом одноразовой формы, более подвержены дефектам, связанным с водородом, чем детали, изготовленные методом литья в постоянную форму или литья под давлением.
Установка дегазации для удаления водорода
Уровень растворенного водорода можно снизить с помощью ряда методов, наиболее важным из которых является продувка сухим химически чистым азотом, аргоном, хлором и фреоном. Газовая продувка снижает содержание растворенного водорода в расплавленном алюминии за счет диффузии при парциальном давлении. AdTech онлайновая установка дегазации Можно провести дегазацию с помощью инертного газа, такого как азот или аргон.
В камеру дегазации подается инертный газ, при этом ротор вращается с высокой скоростью. Крупные пузырьки инертного газа разбиваются на очень мелкие пузырьки, которые равномерно распределяются в расплавленном металле. Благодаря уменьшению диаметра пузырьков общая площадь их поверхности резко увеличивается. Благодаря этому поверхность большего количества инертных пузырьков вступает в контакт с водородом и примесями в жидком металле. По мере подъёма пузырьков водород и примеси выводятся на поверхность жидкости для удаления.
Расход инертного газа регулируется в зависимости от объёма расплавленного металла. Скорость вращения стержня и ротора также можно регулировать для образования пузырьков соответствующего размера, что способствует диффузии инертного газа.