1. Qu'est-ce que le laitier d'oxyde ?

Le laitier d'oxyde, communément appelé « inclusion de film d'oxyde » ou « inclusion d'Al₂O₃ » en terminologie professionnelle. Morphologie macroscopique : Sur la pièce d'essai à faible grossissement du lingot, il apparaît comme des amas noirs en forme de bande, feuilletés ou irréguliers avec des bords flous ou nets, principalement distribués dans la partie supérieure, sous-cutanée ou près de la tumeur de ségrégation centrale du lingot. Morphologie microscopique : Au microscope électronique, les inclusions d'Al₂O₃ apparaissent comme des agrégats en forme de plaque et floculeuse, d'une dureté extrêmement élevée (dureté Mohs de 9, proche du diamant), sans liaison métallurgique avec la matrice d'aluminium, et avec une interface nette.

Performances ultérieures :

Lors du laminage de feuilles d'aluminium, les zones mélangées ne peuvent pas se déformer et sont allongées en défauts linéaires, conduisant finalement à la rupture et à la formation de trous d'épingle ; Lors de l'extrusion de profilés, les inclusions coulent avec le métal, formant des lignes noires périodiques et un pelage à la surface ; Dans les pièces forgées aérospatiales, le film d'oxyde est la source privilégiée de fissures de fatigue, entraînant des tests insatisfaisants.

2. Naissance du film d'oxyde : thermodynamique et dynamique

L'aluminium est un métal extrêmement réactif avec un potentiel d'électrode standard de -1,66 V. Dans des conditions atmosphériques, une couche de film d'oxyde se forme instantanément à la surface de l'aluminium liquide.

Mécanisme thermodynamique :

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

L'énergie libre de formation de l'Al₂O₃ est extrêmement faible et la réaction est extrêmement complète. Cette couche de film est dense à l'état solide, mais sa structure n'est pas singulière à la surface de l'aluminium liquide. La double structure du film d'oxyde de surface :

• Couche externe : Al₂O₃ γ lâche, absorbant la vapeur d'eau ;
• Couche interne : Al₂O₃ α dense.

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Plus important encore, le film d'oxyde à la surface de l'aluminium liquide a une caractéristique « d'auto-guérison » - une fois que le film se rompt, l'aluminium liquide frais entre en contact avec l'air et génère immédiatement un nouveau film. Cela conduit à un phénomène terrible : chaque agitation, au lieu d'endommager la membrane, crée deux couches de membrane.

3. Mécanisme de « pliage et laminage » : Comment le laitier pénètre-t-il ?

C'est la logique de formation principale du laitier d'oxyde. Le film d'oxyde à la surface de l'aluminium liquide, bien que mince (niveau micrométrique), ne fond pas dans l'aluminium. Son point de fusion est aussi élevé que 2050 ℃, et il existe toujours à l'état solide dans le bain fondu. Lorsque le bain fondu est à l'état statique, le film d'oxyde flotte à la surface et peut être retiré par raclage du laitier. Mais lorsque le flux du bain crée une vallée, la tragédie se produit :

• Pliage en vallée : Lors de l'injection, le liquide d'aluminium forme des vagues dans le canal d'écoulement. Les crêtes entrent en collision les unes avec les autres, et le film d'oxyde de surface se plie et s'enroule comme deux feuilles de papier, étant roulé dans la vallée.
• Impact de chute : Du four statique au canal d'écoulement, du canal d'écoulement à la boîte de dégazage, si la chute dépasse 100 mm, le liquide d'aluminium éclabousse et les fragments de film d'oxyde sont directement « cloués » dans la partie profonde du bain fondu.
• Capture par vortex : À la sortie de la boîte de dégazage en ligne et à l'intérieur du cristalliseur, si un vortex se forme à la surface du liquide (communément appelé « entonnoir »), le film d'oxyde au centre de la surface du liquide est aspiré dans le centre du vortex et capturé directement par le front de solidification.

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Ce film d'oxyde enroulé n'est plus un laitier flottant, mais une matière étrangère solide à l'intérieur du bain fondu. Il est difficile de faire « flotter » les bulles raffinées car elles ont une grande surface et une densité similaire à l'aluminium (transportant initialement des bulles lors du laminage, puis les bulles débordent et la densité augmente, coulant ou suspendant).

4. Oxydation secondaire : « pollution continue » du four à la machine de coulée

Outre le film d'oxyde initial lors de la fusion, il existe également des calamines secondaires : pelage du revêtement : les matériaux réfractaires (en particulier siliceux) qui tapissent le four de fusion et le four statique sont érodés par le liquide d'aluminium, et après pelage, ils se mélangent au bain fondu et réagissent avec l'aluminium pour former des inclusions d'aluminosilicate. Produits de réaction de raffinage : Lorsque le chlore gazeux est utilisé pour le raffinage, des sels tels que AlCl₃ et NaCl sont générés. S'ils ne sont pas évacués efficacement, ils peuvent également former des inclusions réactives. Canal d'écoulement et distributeur : La surface rugueuse du matériau réfractaire dans le canal d'écoulement adsorbe le liquide d'aluminium, s'oxyde à plusieurs reprises, forme un « laitier suspendu » et est entraînée par le nouveau flux liquide dans le lingot.