1. Τι είναι η οξειδωμένη σκουριά;

Η οξειδωμένη σκουριά, που αναφέρεται συνήθως ως «ενσωμάτωση οξειδωμένης μεμβράνης» ή «ενσωμάτωση Al ₂ O ∝» στην επαγγελματική ορολογία. Μακροσκοπική μορφολογία: Στο δοκίμιο χαμηλής μεγέθυνσης του πλινθώματος, εμφανίζεται ως μαύρες λωριδοειδείς, φολιδωτές ή ακανόνστες συσσωρεύσεις με θολές ή καθαρές άκρες, κυρίως κατανεμημένες στο άνω μέρος, υποδόρια ή κοντά στον κεντρικό όγκο διαχωρισμού του πλινθώματος. Μικροσκοπική μορφολογία: Κάτω από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, οι ενσωματώσεις Al ₂ O3 εμφανίζονται ως πλακοειδείς και κροκιδωτές συσσωρεύσεις, με εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα (σκληρότητα Mohs 9, κοντά στο διαμάντι), χωρίς μεταλλουργική σύνδεση με τη μήτρα αλουμινίου και με σαφή διεπαφή.

Επακόλουθη απόδοση:

Κατά την έλαση φύλλου αλουμινίου, οι μικτές περιοχές δεν μπορούν να παραμορφωθούν και επιμηκύνονται σε γραμμικά ελαττώματα, οδηγώντας τελικά σε θραύση και σχηματισμό καρφίτσας. Κατά την εξώθηση προφίλ, οι ενσωματώσεις ρέουν μαζί με το μέταλλο, σχηματίζοντας περιοδικές μαύρες γραμμές και ξεφλούδισμα στην επιφάνεια. Στη σφυρηλάτηση αεροδιαστημικής, η οξειδωμένη μεμβράνη είναι η προτιμώμενη πηγή ρωγμών κόπωσης, οδηγώντας σε μη ικανοποιητικές δοκιμές.

2. Γέννηση Οξειδωμένης Μεμβράνης: Θερμοδυναμική και Δυναμική

Το αλουμίνιο είναι ένα εξαιρετικά δραστικό μέταλλο με πρότυπο ηλεκτροχημικό δυναμικό -1,66V. Σε ατμοσφαιρικές συνθήκες, ένα στρώμα οξειδωμένης μεμβράνης σχηματίζεται ακαριαία στην επιφάνεια του υγρού αλουμινίου.

Θερμοδυναμικός μηχανισμός:

4Al + 3O2—— 2Al2O3

Η ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού του Al ₂ O ∝ είναι εξαιρετικά χαμηλή και η αντίδραση είναι εξαιρετικά πλήρης. Αυτό το στρώμα μεμβράνης είναι πυκνό σε στερεή κατάσταση, αλλά η δομή του δεν είναι μοναδική στην επιφάνεια του υγρού αλουμινίου. Η διπλή δομή της επιφανειακής οξειδωμένης μεμβράνης:

• Εξωτερικό στρώμα: χαλαρό γ - Al ₂ O3, προσροφώντας υδρατμούς.
• Εσωτερικό στρώμα: πυκνό α - Al ₂ O ∝.

εικόνα

Το πιο σημαντικό είναι ότι η οξειδωμένη μεμβράνη στην επιφάνεια του υγρού αλουμινίου έχει χαρακτηριστικό «αυτο-επούλωσης» - μόλις η μεμβράνη σπάσει, το φρέσκο υγρό αλουμινίου έρχεται σε επαφή με τον αέρα και παράγει αμέσως νέα μεμβράνη. Αυτό οδηγεί σε ένα τρομερό φαινόμενο: κάθε ανακίνηση, αντί να καταστρέφει τη μεμβράνη, δημιουργεί δύο στρώματα μεμβράνης.

3. Μηχανισμός «Αναδίπλωσης και Έλασης»: Πώς εισέρχεται η σκουριά;

Αυτή είναι η βασική λογική σχηματισμού της οξειδωμένης δερματικής σκουριάς. Η οξειδωμένη μεμβράνη στην επιφάνεια του υγρού αλουμινίου, αν και λεπτή (μικρομετρικού επιπέδου), δεν λιώνει στο αλουμίνιο. Το σημείο τήξης της είναι τόσο υψηλό όσο 2050 ℃ και υπάρχει πάντα σε στερεή κατάσταση στο τήγμα. Όταν το τήγμα βρίσκεται σε στατική κατάσταση, η οξειδωμένη μεμβράνη επιπλέει στην επιφάνεια και μπορεί να αφαιρεθεί με ξύσιμο σκουριάς. Αλλά όταν η ροή του τήγματος δημιουργεί μια κοιλάδα, συμβαίνει τραγωδία:

• Αναδίπλωση κοιλάδας: Κατά την έγχυση, το υγρό αλουμίνιο σχηματίζει κύματα στο κανάλι ροής. Οι κορυφές συγκρούονται μεταξύ τους και η επιφανειακή οξειδωμένη μεμβράνη αναδιπλώνεται και κυρτώνει σαν δύο φύλλα χαρτιού, κυλώντας στην κοιλάδα.
• Πτώση πρόσκρουσης: Από τον στατικό φούρνο στο κανάλι ροής, από το κανάλι ροής στο κουτί απαέρωσης, εάν η πτώση υπερβαίνει τα 100mm, το υγρό αλουμίνιο πιτσιλίζει και τα θραύσματα της οξειδωμένης μεμβράνης «καρφώνονται» απευθείας στο βαθύ μέρος του τήγματος.
• Σύλληψη δίνης: Στην έξοδο του διαδικτυακού κουτιού απαέρωσης και στο εσωτερικό του κρυσταλλιστή, εάν σχηματιστεί δίνη στην επιφάνεια του υγρού (γνωστό ως «χωνί»), η οξειδωμένη μεμβράνη στο κέντρο της επιφάνειας του υγρού αναρροφάται στο κέντρο της δίνης και συλλαμβάνεται απευθείας από το μέτωπο στερεοποίησης.

εικόνα

Αυτή η κυλισμένη οξειδωμένη μεμβράνη δεν είναι πλέον επιπλέουσα σκουριά, αλλά στερεό ξένο σώμα μέσα στο τήγμα. Είναι δύσκολο να «επιπλεύσουν» οι εξευγενισμένες φυσαλίδες επειδή έχουν μεγάλη επιφάνεια και πυκνότητα παρόμοια με το αλουμίνιο (αρχικά μεταφέρουν φυσαλίδες κατά την έλαση, αργότερα οι φυσαλίδες υπερχειλίζουν και η πυκνότητα αυξάνεται, βυθίζονται ή αιωρούνται).

4. Δευτερογενής οξείδωση: «συνεχής ρύπανση» από τον φούρνο στο χυτευτήριο

Εκτός από την αρχική οξειδωμένη μεμβράνη κατά την τήξη, υπάρχουν και δευτερογενείς οξειδωμένες κρούστες: ξεφλούδισμα επένδυσης: τα πυρίμαχα υλικά (ιδιαίτερα τα πυριτικά) που επενδύουν τον φούρνο τήξης και τον στατικό φούρνο διαβρώνονται από το υγρό αλουμίνιο και μετά το ξεφλούδισμα αναμιγνύονται στο τήγμα και αντιδρούν με το αλουμίνιο σχηματίζοντας αλουμινοπυριτικές ενσωματώσεις. Προϊόντα αντίδρασης εξευγενισμού: Όταν χρησιμοποιείται αέριο χλώριο για εξευγενισμό, παράγονται άλατα όπως AlCl3 και NaCl. Εάν δεν απομακρυνθούν αποτελεσματικά, μπορούν επίσης να σχηματίσουν δραστικές ενσωματώσεις. Κανάλι ροής και διανομέας: Η τραχιά επιφάνεια του πυρίμαχου υλικού στο κανάλι ροής προσροφά υγρό αλουμίνιο, οξειδώνεται επανειλημμένα, σχηματίζει «κρεμαστή σκουριά» και παρασύρεται από τη νέα ροή υγρού στο πλίνθωμα.