Erimiş alüminyumun arıtılması, yüksek kaliteli alüminyum alaşımlı ürünlerin elde edilmesini sağlayan önlemlerden biridir ve aynı zamanda alüminyum alaşımlarının genel kalitesini artırmanın başlıca yoludur. Erimiş alüminyumun arıtma etkisi, gözeneklerin, büzülme boşluklarının ve kalıntıların oluşumu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve alüminyum alaşımlı dökümlerin fiziksel ve mekanik özelliklerini doğrudan etkiler. Yüksek kaliteli erimiş alüminyum olmadan, sonraki işleme ne kadar gelişmiş olursa olsun, bir kez ortaya çıkan kusurlar üründe her zaman var olmaya devam eder ve yüksek kaliteli dökümler elde etmek zordur. Bu nedenle, erimiş alüminyumdaki gaza ve kalıntılara dikkat etmeli ve erimiş alüminyumdaki gazı ve kalıntıları gidermek için önlemler almalıyız.
Erimiş Alüminyumdaki Gaz ve Kalıntılar
Erimiş alüminyumdaki gazın büyük bir kısmı hidrojen (yaklaşık % ila %) olup, bunu azot, oksijen ve karbon monoksit izlemektedir. Hidrojen, katı alüminyumda neredeyse çözünmezken, sıvı alüminyumda yüksek çözünürlüğe sahiptir. Katı faz çizgisinde hidrojenin çözünürlüğü 100 g erimiş alüminyum başına 0,65 mL ve 0,034 mL'dir; yani, katı-sıvı fazlarındaki hidrojen çözünürlüğü arasındaki fark 19,1 kattır ve 100 g erimiş alüminyum başına normal hidrojen içeriği 0,1~0,4 mL'dir. Çözünürlük farkı nedeniyle hidrojen, eriyikten kaçma eğilimindedir. Hidrojen basıncı, yüzey gerilimi ve hidrostatik basınçtan daha yüksek olduğunda kabarcıklar oluşur ve bu da dökümde iğne delikleri yaratır. Bu nedenle, alüminyum alaşımı eriyiğinin arıtılmasında asıl sorun, alüminyum alaşımındaki hidrojen içeriğinin nispeten yüksek olmasıdır. Genellikle, 100 g alüminyum başına hidrojen içeriği 0,1~0,2 mL olduğunda üretim gereksinimleri karşılanabilir. Özel gereksinimleri olan dökümler için ise 100 g alüminyum başına hidrojen içeriği 0,06 mL’den az olmalıdır.
Katkı maddeleri, likidüs noktasının üzerindeki sıvılar dışındaki tüm katı maddeler ve maddelerdir. Erimiş alüminyumda yaygın olarak görülen metalik olmayan safsızlıklar arasında oksitler, nitrürler, karbürler, borürler vb. bulunur; bunların çoğu tanecik halinde bulunur ve tipik parçacık boyutu 1-30m aralığındadır. Hammadde hariç olmak üzere, bunlar eritme sürecinde meydana gelen bir kimyasal reaksiyonun ürünü ise. Alüminyum yüzeyindeki oksit tabakasının kalınlığı 2-10 m'dir ve erime noktasına yaklaştığında 200 m'ye çıkar. Sıvı yüzeyindeki oksit tabakası sadece daha kalın olmakla kalmaz, aynı zamanda yapısı da değişir. Erimiş alüminyuma bakan taraf yoğundur ve erimiş alüminyum üzerinde koruyucu bir etkiye sahiptir; erimiş alüminyumun dışı ise gevşektir, içinde 5-10m çapında küçük delikler bulunur ve hidrojen, hava ve su buharı ile doludur. Sıvı film erimiş alüminyumun içine karıştırılırsa, kirlilik ve gaz miktarı artar.
Buna ek olarak, yüksek alaşımlı eriyiklerde alüminyum-zirkonyum, alüminyum-titanyum vb. gibi bazı istenmeyen birincil intermetalik bileşikler ortaya çıkar. Demir içeren alüminyum alaşımı ayrıca, Al-Si-Fe'ye eşdeğer olan demir bakımından zengin bir Al-Fe fazı oluşturur. Al-Si-Fe fazı, alüminyum matrisine ciddi zarar veren ve mekanik özelliklerini etkileyen iğne benzeri bir bileşiktir.
Alüminyum alaşımındaki kalıntılar ile gaz arasında güçlü bir etkileşim vardır ve erimiş alüminyumdaki hidrojen içeriği, bu kalıntılardan büyük ölçüde etkilenir. Katkı maddesi içeriği 0,002% ve 0,02% olduğunda, karşılık gelen hidrojen içeriği sırasıyla 0,2 mL/100 g Al ve 0,35 mL/100 g Al'dir.
Aynı hidrojen içeriği söz konusu olduğunda, kalıntı içeriği ne kadar yüksekse, iğne deliği oranı da o kadar yüksek olur. Aksine, erimiş alüminyumdaki safsızlık içeriği çok düşük olduğunda, hidrojen içeriği de çok düşüktür. Hidrojen yapay olarak eklenmiş olsa bile, otomatik olarak çökelir ve hızla orijinal içeriğine geri döner. Az miktarda kalıntı olsa bile, bu durum gözeneklerin kritik konsantrasyonunu önemli ölçüde azaltabilir.
Öte yandan, inklüzyon bulunmadığında, gözeneklerin oluşması için gereken kritik hidrojen konsantrasyonu 0,3 mL/100 g Al’ye ulaşabilir. Bu nedenle, safsızlıkların ve gazın giderilmesi işlemleri aynı anda gerçekleştirilmelidir; bu da aynı derecede önemlidir.
Şu anki durumu alüminyum alaşımı eriyiğinin arıtılması Teknoloji açısından, sıvı alüminyumun arıtılması ve tane inceltilmesinin kapsamlı bir şekilde ele alınması, erimiş alüminyum alaşımlarından yüksek kaliteli alüminyum elde etmenin temel sorunudur. Farklı üretim aşamalarına göre, erimiş alüminyumun arıtma işlemi fırın içi işlem ve fırın dışı işlem olarak ikiye ayrılabilir. Alüminyum alaşımlarının fırın işlemi, arıtma mekanizmasına göre adsorpsiyonlu arıtma teknolojisi ve adsorpsiyonsuz arıtma teknolojisi olarak ikiye ayrılabilir. Adsorpsiyon yöntemiyle arıtma, esas olarak arıtma maddesi, ve aynı zamanda, erimiş alüminyumu arıtma amacına ulaşmak için oksitlenmiş kalıntıları ve yüzeye bağlanmış hidrojeni giderir. Adsorpsiyonsuz arıtma ise, erimiş alüminyumu arıtma amacına ulaşmak için diğer fiziksel ve kimyasal etkilere dayanır. Adsorpsiyon yönteminin arıtma etkisi yalnızca adsorpsiyon arayüzünde meydana gelirken, adsorpsiyonsuz yöntemin arıtma etkisi aynı anda tüm alüminyum sıvısı üzerinde etki eder.