Uitleg over het ontgassen van aluminium: de wetenschap achter het verwijderen van waterstof en insluitsels

Bij precisiespuitgieten begint effectieve kwaliteitscontrole met een zuivere, stabiele smelt. Gasporositeit en oxide-insluitsels zijn primaire defecten die de dichtheid en mechanische eigenschappen van een onderdeel in gevaar brengen. Deze gids biedt een diepgaande analyse van de bron van gas in aluminiumlegeringen en de kernprincipes van het aluminiumontgassingsproces, de basisstap in kwaliteitsproductie.

I. De bron van het probleem: het onthullen van "Gas" in aluminiumlegeringen

1. Waterstof is de enige boosdoenerMeer dan 85% van het in gesmolten aluminium opgeloste gas is waterstof, voornamelijk afkomstig van de reactie met waterdamp (H₂O) in de omgeving. Daarom is "gasgehalte (") in spuitgieten feitelijk synoniem met "waterstofgehalte (").

2. De drastische daling van de oplosbaarheidHet gevaar van waterstof komt voort uit de drastische afname van de oplosbaarheid naarmate aluminium afkoelt. De oplosbaarheid daalt van ca.0,68 ml/100 gin vloeibare toestand tot net0,036 ml/100 gin de vaste toestand. Tijdens het snelle stollen van spuitgieten wordt deze overtollige waterstof opgevangen en neergeslagen, waardoor waterstofporositeitsdefecten (gaatjes) ontstaan.

II. De synergetische dreiging: oxide-insluitsels en waterstof

Naast waterstof vormen oxide-insluitsels in aluminium, voornamelijk aluminiumoxide (Al₂O₃), een andere belangrijke bron van defecten. Sterker nog, deze twee defecten werken synergetisch samen: de ruwe, poreuze oxidefilms werken als sponzen en vangen meer vocht en waterstof op, wat op zijn beurt het gasgehalte van de smelt verhoogt. Een uitgebreide strategie voor de behandeling van gesmolten metaal moet daarom zowel waterstof- als oxide-insluitsels kunnen verwijderen.

III. Het kernprincipe van het ontgassingsproces

Modern aluminiumontgassen is een belangrijke vorm van behandeling van gesmolten metaal. Het werkt op basis van fysisch-chemische principes, door een inert gas (meestal argon of stikstof) aan het gesmolten materiaal toe te voegen.

1. De wet van partiële drukOp basis van deze natuurkundige wet diffunderen waterstofatomen van nature van een gebied met hoge partiële druk (de smelt) naar een gebied met nul partiële druk (de inerte gasbellen). Terwijl de bellen opstijgen, voeren ze de waterstof continu weg van het gesmolten metaal.

2. Het flotatie-effectTerwijl de inerte gasbellen opstijgen, botsen ze fysiek met vaste oxide-insluitsels in aluminium en hechten zich daaraan. Deze insluitsels worden vervolgens door de opwaartse kracht van de bellen naar de oppervlakte gebracht, waar ze als schuim kunnen worden afgeschept.

Conclusie

Kortom, het beheersen van de smeltkwaliteit is een strijd tegen waterstof en oxiden. Een succesvol aluminiumontgassingsproces combineert efficiënt chemische waterstofverwijdering met fysieke verwijdering van insluitsels, wat de meest cruciale eerste stap vormt in de kwaliteitscontrole van spuitgieten.

In dit artikel hebben we de kernprincipes van ontgassen besproken. In toekomstige updates zullen we andere belangrijke processen tijdens het smelten verder analyseren. Blijf op de hoogte.