1. Was ist oxidierter Schlacke?

Oxidierter Schlacke, im Fachjargon üblicherweise als "Oxidfilm-Einschluss" oder "Al₂O₃-Einschluss" bezeichnet. Makroskopische Morphologie: Auf dem Prüfstück des Barrens bei geringer Vergrößerung erscheint er als schwarz-streifenförmige, flockige oder unregelmäßige Aggregate mit unscharfen oder klaren Rändern, meist im oberen Teil, subkutan oder nahe dem zentralen Segregationstumor des Barrens verteilt. Mikroskopische Morphologie: Unter dem Elektronenmikroskop erscheinen Al₂O₃-Einschlüsse als plättchenförmige und flockige Aggregate mit extrem hoher Härte (Mohshärte 9, nahe Diamant), keiner metallurgischen Bindung mit der Aluminiummatrix und einer klaren Grenzfläche.

Nachfolgende Leistung:

Beim Walzen von Aluminiumfolie können sich die gemischten Bereiche nicht verformen und werden zu linearen Defekten verlängert, was letztendlich zu Bruch und zur Bildung von Nadellöchern führt; Beim Strangpressen von Profilen fließen Einschlüsse mit dem Metall und bilden periodische schwarze Linien und Abblätterungen auf der Oberfläche; Bei Schmiedeteilen für die Luft- und Raumfahrt ist der Oxidfilm die bevorzugte Quelle für Ermüdungsrisse, was zu unbefriedigenden Prüfergebnissen führt.

2. Entstehung des Oxidfilms: Thermodynamik und Dynamik

Aluminium ist ein extrem reaktives Metall mit einem Standardelektrodenpotential von -1,66V. Unter atmosphärischen Bedingungen bildet sich sofort eine Oxidschicht auf der Oberfläche von flüssigem Aluminium.

Thermodynamischer Mechanismus:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Die Bildungsfreie Energie von Al₂O₃ ist extrem niedrig und die Reaktion ist extrem gründlich. Diese Schicht ist im festen Zustand dicht, aber ihre Struktur ist auf der Oberfläche von flüssigem Aluminium nicht singulär. Die duale Struktur des Oberflächenoxidfilms:

• Äußere Schicht: lockeres γ-Al₂O₃, das Wasserdampf adsorbiert;
• Innere Schicht: dichtes α-Al₂O₃.

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Wichtiger ist, dass der Oxidfilm auf der Oberfläche von flüssigem Aluminium eine "selbstheilende" Eigenschaft hat – sobald der Film reißt, kommt frisches flüssiges Aluminium mit Luft in Kontakt und bildet sofort einen neuen Film. Dies führt zu einem schrecklichen Phänomen: Jede Agitation beschädigt die Membran nicht, sondern erzeugt zwei Schichten Membran.

3. "Falten und Einwalzen"-Mechanismus: Wie gelangt die Schlacke hinein?

Dies ist die Kernbildungslogik von oxidiertem Leder-Schlacke. Der Oxidfilm auf der Oberfläche von flüssigem Aluminium ist zwar dünn (im Mikrometerbereich), schmilzt aber nicht in das Aluminium ein. Sein Schmelzpunkt ist so hoch wie 2050 °C und er existiert in der Schmelze immer im festen Zustand. Wenn die Schmelze in einem statischen Zustand ist, schwimmt der Oxidfilm auf der Oberfläche und kann durch Schlackeabkratzen entfernt werden. Aber wenn die Schmelzströmung ein Tal erzeugt, geschieht die Tragödie:

• Tal-Faltung: Während der Einspritzung bildet das flüssige Aluminium Wellen im Strömungskanal. Die Spitzen kollidieren miteinander, und der Oberflächenoxidfilm faltet und kräuselt sich wie zwei Papierbögen und wird in das Tal eingewalzt.
• Tropfenaufprall: Vom statischen Ofen zum Strömungskanal, vom Strömungskanal zur Entgasungsbox, wenn der Tropfen mehr als 100 mm beträgt, spritzt das flüssige Aluminium und die Oxidfilmfragmente werden direkt in den tiefen Teil der Schmelze "genagelt".
• Wirbel-Einfang: Am Auslass der Online-Entgasungsbox und im Kristallisationsgerät, wenn sich an der Flüssigkeitsoberfläche ein Wirbel bildet (allgemein als "Trichter" bekannt), wird der Oxidfilm in der Mitte der Flüssigkeitsoberfläche in das Wirbelzentrum gesaugt und direkt vom Erstarrungsfront erfasst.

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Dieser aufgerollte Oxidfilm ist keine schwimmende Schlacke mehr, sondern fester Fremdkörper im Inneren der Schmelze. Es ist schwierig, raffinierte Blasen "herauszuschwimmen", da sie eine große Oberfläche und eine ähnliche Dichte wie Aluminium haben (anfangs tragen sie beim Einwalzen Blasen, später entweichen die Blasen und die Dichte steigt, wodurch sie sinken oder schweben).

4. Sekundäre Oxidation: "kontinuierliche Verschmutzung" vom Ofen bis zur Gießmaschine

Zusätzlich zum anfänglichen Oxidfilm während des Schmelzens gibt es auch sekundäre Oxidkrusten: Auskleidungsabplatzer: Die feuerfesten Materialien (insbesondere siliziumhaltige) der Auskleidung des Schmelzofens und des statischen Ofens werden von flüssigem Aluminium erodiert und vermischen sich nach dem Abplatzen mit der Schmelze und reagieren mit Aluminium zu Aluminosilikat-Einschlüssen. Raffinationsreaktionsprodukte: Bei der Raffination mit Chlorgas entstehen Salze wie AlCl₃ und NaCl. Wenn diese nicht wirksam abgeführt werden, können sie ebenfalls reaktive Einschlüsse bilden. Strömungskanal und Verteiler: Die raue Oberfläche des feuerfesten Materials im Strömungskanal adsorbiert flüssiges Aluminium, oxidiert wiederholt, bildet "hängende Schlacke" und wird durch die neue Flüssigkeitsströmung in den Barren gespült.