Desgasificación del aluminio: la ciencia detrás de la eliminación de hidrógeno e inclusiones

En la fundición a presión de precisión, un control de calidad eficaz comienza con una masa fundida pura y estable. La porosidad del gas y las inclusiones de óxido son defectos primarios que comprometen la densidad y las propiedades mecánicas de la pieza. Esta guía ofrece un análisis exhaustivo del origen del gas en las aleaciones de aluminio y los principios fundamentales del proceso de desgasificación del aluminio, el paso fundamental para una producción de calidad.

I. El origen del problema: Descubriendo el "Gas" en las aleaciones de aluminio

1. El hidrógeno es el único culpableMás del 85 % del gas disuelto en el aluminio fundido es hidrógeno, proveniente principalmente de la reacción con el vapor de agua (H₂O) del ambiente. Por lo tanto, en la fundición a presión, el contenido de gas es prácticamente sinónimo de un contenido de hidrógeno.

2. La drástica caída de la solubilidadEl peligro del hidrógeno reside en su drástica disminución de solubilidad a medida que el aluminio se enfría. Su solubilidad se desploma de aprox.0,68 ml/100 gen estado líquido a sólo0,036 ml/100 gEn estado sólido. Durante la rápida solidificación de la fundición a presión, este exceso de hidrógeno queda atrapado y precipita, formando defectos de porosidad de hidrógeno (poros).

II. La amenaza sinérgica: inclusiones de óxido e hidrógeno

Además del hidrógeno, otra fuente importante de defectos son las inclusiones de óxido en el aluminio, principalmente alúmina (Al₂O₃). Peor aún, estos dos defectos actúan en sinergia: las películas de óxido rugosas y porosas actúan como esponjas, atrapando más humedad e hidrógeno, lo que a su vez aumenta el contenido de gas en la masa fundida. Por lo tanto, una estrategia integral de tratamiento de metales fundidos debe ser capaz de eliminar tanto las inclusiones de hidrógeno como las de óxido.

III. El principio básico del proceso de desgasificación

La desgasificación moderna del aluminio es una forma crucial de tratamiento de metal fundido que funciona según principios fisicoquímicos, introduciendo un gas inerte (normalmente argón o nitrógeno) en la masa fundida.

1. La ley de presiones parcialesSegún esta ley física, los átomos de hidrógeno se difunden naturalmente desde una zona de alta presión parcial (la masa fundida) a una zona de presión parcial cero (las burbujas de gas inerte). A medida que las burbujas ascienden, alejan continuamente el hidrógeno del metal fundido.

2. El efecto de flotaciónA medida que las burbujas de gas inerte ascienden, chocan físicamente con las inclusiones de óxido sólido en el aluminio y se adhieren a ellas. Estas inclusiones son transportadas a la superficie por la fuerza de flotación de las burbujas, donde pueden ser desnatadas como escoria.

Conclusión

En resumen, controlar la calidad de la fundición es una batalla contra el hidrógeno y los óxidos. Un proceso exitoso de desgasificación de aluminio combina eficientemente la eliminación química del hidrógeno con la eliminación física de inclusiones, constituyendo el primer paso más crítico en el control de calidad de la fundición a presión.

Este artículo ha explorado los principios básicos de la desgasificación. En futuras actualizaciones, continuaremos analizando otros procesos clave durante la fundición. Manténgase al tanto.