Включения в расплаве алюминия, также известные как частицы второй фазы, можно разделить на первичные и вторичные включения в зависимости от их происхождения. Включения, образующиеся вследствие состава сырья, футеровки печи, материалов литниковых каналов и форм, а также печного газа, называются первичными включениями; включения, образующиеся в результате рафинирования и утончения зерна, являются вторичными включениями.
Категории включений в расплаве алюминия
1) Твердые неметаллические включения, в основном состоящие из оксидов, карбидов, нитридов и небольшого количества CasO₄cas и т. д. 80% из них представляют собой оксидные включения, такие как Al₂O₃MgO и Malo, имеющие пленочную и зернистую форму. Такие включения не отличаются значительно по плотности от расплава; они обладают большой удельной поверхностью, нерегулярной формой, легко адсорбируют газ и остаются во взвешенном состоянии в расплаве, поэтому их трудно удалить. Среди них наиболее сложной является форма существования оксида алюминия, включающая более десяти видов: аморфные формы, α-Al₂O₃, β-Al₂O₃ и т. д.В процессе переработки расплава высокотемпературная термитная реакция легко приводит к образованию гранулированных включений оксида алюминия, включая карбиды и азот; пленка оксида алюминия на поверхности расплава попадает в расплав и образует фрагментированные включения. Огнеупорные материалы, находящиеся на поверхности печи и плавильных инструментов, попадают в расплав, образуя оксидные включения, такие как SiO₂ и Zr₂O.
2) Включения в виде интерметаллических соединений представляют собой, в основном, различные скопления частиц, образующиеся в процессе легирования или утончение зерна. Один из типов — твердые соединения тяжелых металлов, введенные в расплав (часто называемый шлаком), среди которых преобладают интерметаллические соединения с высоким содержанием железа. Например, a-AlsFeSi, β-AlsFeSi, b-Alesia, (Femn)Sials и т. д.: до затвердевания расплава образуются включения некоторых первичных интерметаллических соединений, таких как MnA, FeAl₃, A, TA и т. д. Металлоинтерметаллические соединения, образующиеся в процессе утончения зерна или обработки расплава, представляют собой в основном крупнозернистые включения в виде чешуек или стержней, такие как VB₂, AIB₂, TiB₂ и т. д.
3) Жидкие (расплавленные соли) включения, в основном галогениды щелочных и щелочноземельных металлов, образующиеся в процессе электролиза алюминия или его рафинирования, такие как хлорид магния, фторид натрия, фторид кальция и т. д. Фторид, как правило, образуется в процессе электролиза алюминия, но в основном он образуется в процессе рафинирования расплава.
Наличие небольшого количества мелких включений в расплаве алюминия может снизить степень переохлаждения кристаллов и в определенной степени способствовать зародышеобразованию. Некоторые частицы также могут способствовать образованию второй фазы в алюминиевом сплаве, однако наличие большинства включений отрицательно сказывается на усталостной прочности, вязкости, пластичности, коррозионной стойкости и свойствах анодного окисления слитков или изделий. Наличие твердых включений повышает вязкость расплава алюминия, ухудшает текучесть и литейные характеристики алюминиевого сплава, а также приводит к образованию пустотных дефектов. В то же время они служат очагом зарождения трещин, нарушают целостность матрицы, вызывают концентрацию напряжений и ухудшают качество деталей. Механические свойства изделия приводят к его преждевременному выходу из строя. Частицы включений также легко образуют твердые участки, которые ухудшают обрабатываемость и качество поверхности алюминиевого сплава, а также увеличивают износ обрабатывающих инструментов. Жидкие включения в расплаве приводят к накоплению капель, что приводит к ухудшению текучести расплава, образованию проводящих каналов и т. д.