Alüminyum-silikon alaşımı ötektikindeki silikon fazı, kendiliğinden büyüme koşulları altında pullar halinde büyür ve hatta kalın, çokgen levha benzeri silikon fazları ortaya çıkar. Bu tür silikon fazları, Al matrisini ciddi şekilde yarar; bu da Si fazının uçlarında ve kenarlarında gerilim yoğunlaşmasına neden olur ve alaşımın tane sınırlarını takip etme olasılığı yüksektir. Ya da plaka şeklindeki Si'nin kendisi çatlayarak çatlaklar oluşturur; bu da alaşımı kırılgan hale getirir, mekanik özellikler, özellikle uzama önemli ölçüde azalır ve kesme performansı düşer. Silikonun mevcut durumunu değiştirmek ve alaşımın mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla, modifikasyon işleme teknolojisi uzun süredir kullanılmaktadır.
Değiştirme İşleme Teknolojisi
Ötektik silikon üzerinde modifikasyon etkisi gösteren elementler şunlardır: sodyum (Na), stronsiyum (Sr), kükürt (S), lantan (La), seryum (Ce), antimon (Sb), tellür (Te) vb. Mevcut araştırma, sodyum, stronsiyum ve nadir toprak elementleri gibi çeşitli modifiye edicilere odaklanmaktadır.
Sodyum Bozulması (Na)
Sodyum, silikon metamorfik elementler arasında en eski ve en etkili ötektik elementtir. Sodyum metal, sodyum tuzu ve sodyum karbonat olmak üzere üç farklı yöntemle eklenebilir.
Metalik sodyum için kullanılan ilk modifikasyon maddesi, metalik sodyumdur. Sodyum en iyi modifikasyon etkisine sahiptir ve ötektik yapıyı etkili bir şekilde iyileştirebilir. Az miktarda (yaklaşık 0,005% ila 0,01%) ilave edildiğinde, iğne şeklindeki ötektik silikon fazı ortadan kalkar ve yapı tamamen homojen bir lifli yapıya dönüşür. Bununla birlikte, metal Na metamorfizmasının kullanımında bazı dezavantajlar bulunmaktadır. İlk olarak, metamorfizma sıcaklığı 740 ℃'dir ve bu değer sodyumun kaynama noktasına (892 ℃) yakındır. Bu nedenle, alüminyum sıvısı kolayca kaynar ve bu da sıçramaya neden olur; bu durum alüminyum sıvısının oksidasyonunu artırır ve güvenli olmayan bir çalışma ortamı yaratır. İkincisi, sodyumun özgül ağırlığı düşüktür (0,97) ve metamorfizm sırasında alüminyum sıvısının yüzey tabakasında birikir; bu da üstteki alüminyum sıvısının aşırı modifiye olmasına, alttakinin ise yetersiz modifiye olmasına ve metamorfik etkinin son derece dengesiz olmasına neden olur. Aynı zamanda sodyum, su buharıyla kolayca reaksiyona girerek hidrojen üretir ve bu da alüminyum sıvısının gaz içeriğini artırır. Sodyum kimyasal olarak çok aktiftir ve havadaki oksijenle kolayca reaksiyona girer. Genel olarak, muhafaza amacıyla gazyağı içinde bekletilmelidir ve kullanımdan önce gazyağı mutlaka uzaklaştırılmalıdır. Bu da oldukça zor bir işlemdir; ancak gazyağı uzaklaştırılmazsa, alüminyum sıvısına gaz ve kalıntılar karışır.
Sodyum tuzu. Üretimde genellikle kullanılan modifikasyon maddesi, NaF gibi halojen tuzları içeren bir karışımdır; bu karışım, sodyum tuzu ile alüminyum arasındaki reaksiyonu kullanarak sodyum üretir ve böylece modifikasyon işlevi görür. Ancak bu sodyum tuzları su buharına kolayca karışır ve bu da alaşımın getter oksidasyonuna yatkınlığını artırır. Aynı zamanda, bu sodyum tuzları çevreye zararlı etki eder ve insan sağlığına zarar verir.
Sodyum karbonat. Sodyum karbonat bazlı modifikasyon maddesi, sodyum tuzu modifikasyonunun kullanımından kaynaklanan çevresel sorunların üstesinden gelmek amacıyla geliştirilmesi gereken, çevreyi kirletmeyen bir modifikasyon maddesidir. Yani, sodyum karbonat, yüksek sıcaklıkta alüminyum ve magnezyum ile reaksiyona girerek sodyum üretmek ve bir metamorfik rol oynamak üzere kullanılır. Reaksiyon süreci ve reaksiyon ürünleri toksik değildir. Benzer şekilde, bu tür kirlilik yaratmayan modifiye edicilerde de su emme ve alüminyum alaşımının getter oksidasyonuna yatkınlığını artırma sorunu bulunmaktadır.
Sodyum modifikasyonu kullanılırken göz ardı edilemeyecek bir başka eksiklik daha vardır; bu da modifikasyon süresinin kısa olması ve bunun uzun vadeli bir modifikasyon ajanı olmamasıdır. Sodyum tuzu modifikatörünün etki süresi yalnızca 30 dakika～60 dakikadır. Bu sürenin sonunda modifikasyon etkisi kendiliğinden ortadan kalkar. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, etkinin kaybolması o kadar hızlı olur. Bu nedenle, modifiye edilmiş alüminyum sıvısı kısa sürede kullanılmalı ve yeniden eritildiğinde yeniden modifiye edilmelidir. Ayrıca, sodyum modifikasyon sürecini doğru bir şekilde kontrol etmek zordur; bu nedenle sodyum modifikasyonu, giderek bazı uzun vadeli modifikasyon yöntemleriyle yer değiştirmeye başlamıştır.
Stronsiyum Metamorfizması (Sr)
Stronsiyum (Sr), uzun süreli etki gösteren bir modifiye edicidir; Sr modifikasyonu Etkisi sodyumla eşdeğerdir ve sodyum modifikasyonunun dezavantajları bulunmadığından, gelecek vaat eden bir modifiye edicidir. İngiltere, Hollanda ve diğer ülkeler, 1980’lerin başında stronsiyum (Sr) modifikasyon işleme teknolojisinin uygulanmasını teşvik etmeye başlamıştır. Şu anda, yurtiçi ve yurtdışında stronsiyumun bozulması konusunda pek çok araştırma yapılmıştır. Çin’de sodyum veya sodyum tuzu yerine stronsiyum (Sr) kullanımının ölçeği de giderek artmaktadır.
Stronsiyum metamorfizmasının aşağıdaki avantajları vardır:
- Bozulma etkisi iyidir ve geçerlilik süresi uzundur;
- Bozulma süreci dumansızdır, toksik değildir, çevreyi kirletmez, ekipman ve aletleri aşındırmaz, sağlığa zarar vermez ve kullanımı kolaydır;
- Tatmin edici mekanik özelliklerin elde edilmesi kolaydır;
- Yeniden şarj edilen malzeme, belirli bir yeniden erime ve metamorfizma etkisi gösterir;
- Yüksek döküm verimi ve dikkate değer kapsamlı ekonomik faydalar.