Hidrojenin alüminyum üzerindeki etkisi açıktır. Hidrojen, alüminyum ve alaşımlarında kayda değer ölçüde çözünebilen tek gazdır. Çözünürlüğü, sıcaklık ve basıncın karekökü ile doğru orantılıdır. Erimiş alüminyumun soğuma ve katılaşma sürecinde, son derece düşük katı çözünürlük değerini aşan çözünmüş hidrojen, moleküler formda çökelebilir ve bu da birincil ve/veya ikincil boşlukların oluşmasına neden olabilir.
Hidrojen Kaynakları
Alüminyumda çok sayıda hidrojen kaynağı bulunmaktadır. Atmosferdeki nem, erimiş metal yüzeyinde ayrışarak eriyik içine difüze olabilecek bir atomik hidrojen konsantrasyonu oluşturur. Alüminyumun bariyer oksidi bu mekanizma yoluyla hidrojen çözünmesine direnç gösterir; ancak oksit bariyerini bozan eriyik yüzeyindeki bozulmalar, hızlı bir hidrojen çözünmesine yol açar. Alaşım elementleri, özellikle magnezyum, eriyik içine hidrojen difüzyonuna karşı direnci azaltan oksidasyon reaksiyonu ürünleri oluşturarak ve sıvı çözünürlüğünü değiştirerek hidrojen emilimini de etkileyebilir.
Alüminyum Üzerindeki Hidrojen Etkisi
Döküm alüminyumda iki tür veya biçimde hidrojen gözenekliliği ortaya çıkabilir. Bunlardan daha önemli olanı, hidrojen içeriğinin yeterince yüksek olduğu durumlarda ortaya çıkan dendritler arası gözenekliliktir; bu durumda katılaşma cephesinden itilen hidrojen, atmosfer basıncının üzerinde çözeltide basınçlara yol açar. İkincil (mikron boyutunda) gözeneklilik ise çözünmüş hidrojen içeriğinin düşük olduğu durumlarda ortaya çıkar ve boşluk oluşumu karakteristik olarak kritik seviyenin altındadır.
İnce dağılımlı hidrojen gözenekliliği her zaman istenmeyen bir durum olmayabilir. Hidrojen çökeltmesi, yetersiz beslenen parçalarda veya parça bölümlerinde büzülme gözenekliliğinin şeklini ve dağılımını değiştirebilir. Büzülme, genellikle döküm özellikleri açısından daha zararlıdır. Nadir durumlarda, yüzeysel sağlamlığı artırmak amacıyla hidrojen, dökümün uygulama gereksinimlerine uygun belirli konsantrasyonlarda kasıtlı olarak eklenebilir ve kontrol edilebilir.
Katı Çözeltideki Hidrojen
Katılaşmış bir yapıdaki hidrojen dağılımı, çözünmüş hidrojen seviyesine ve katılaşmanın gerçekleştiği koşullara bağlıdır. Hidrojen gözenekliliğinin varlığı, difüzyonla kontrol edilen çekirdeklenme ve büyümenin bir sonucu olduğundan, hidrojen konsantrasyonunun azaltılması ve katılaşma hızının artırılması, boşluk oluşumunu ve büyümesini bastırıcı etki gösterir. Bu nedenle, tek kullanımlık kalıp işlemleriyle üretilen dökümler, kalıcı kalıp veya basınçlı döküm yöntemleriyle üretilen parçalara kıyasla hidrojen kaynaklı kusurlara daha yatkındır.
Hidrojen Giderimi için Gaz Giderme Ünitesi
Çözünmüş hidrojen seviyeleri çeşitli yöntemlerle düşürülebilir; bunların en önemlisi, kuru ve kimyasal olarak saf azot, argon, klor ve freon ile akı işlemidir. Gaz akı işlemi, kısmi basınç difüzyonu yoluyla erimiş alüminyumdaki çözünmüş hidrojen içeriğini azaltır. AdTech çevrimiçi gaz giderme ünitesi azot, argon gibi inert gazlarla gazdan arındırılabilir.
Gaz giderme kutusuna bir inert gaz enjekte edildiğinde, rotor yüksek hızda döner. Böylece, inert gazın büyük kabarcıkları çok ince küçük kabarcıklara parçalanır ve erimiş metal içinde eşit bir şekilde dağılır. Kabarcık çapının küçülmesiyle, bu kabarcıkların toplam yüzey alanı önemli ölçüde artar. Bu sayede, daha fazla inert kabarcığın yüzeyi, sıvı metaldeki hidrojen ve safsızlıklarla temas eder. Kabarcıklar yüzeye çıkarken, hidrojen ve safsızlıklar da sıvının yüzeyine taşınarak uzaklaştırılır.
İnert gazın akış hızı, metal sıvının hacmine göre ayarlanır. Dönen çubuk ve rotorun hızı da, inert gazın difüzyonunu kolaylaştırmak üzere uygun büyüklükte kabarcıklar oluşacak şekilde ayarlanabilir.