1. 산화 슬래그란 무엇인가요?

산화 슬래그는 전문 용어로 "산화막 개재물" 또는 "Al₂O₃ 개재물"이라고도 합니다. 거시적 형태: 잉곳의 저배율 시험편에서 흐릿하거나 명확한 가장자리를 가진 검은색 줄 모양, 얇은 조각 또는 불규칙한 덩어리로 나타나며, 대부분 잉곳의 상부, 피하 또는 중심 편석 종양 근처에 분포합니다. 미시적 형태: 전자 현미경 하에서 Al₂O₃ 개재물은 판상 및 응집된 덩어리로 나타나며, 경도가 매우 높고(모스 경도 9, 다이아몬드에 가까움), 알루미늄 매트릭스와 야금학적 결합이 없으며, 명확한 계면을 가집니다.

후속 성능:

알루미늄 호일을 압연할 때, 혼합된 영역은 변형되지 않고 선형 결함으로 길게 늘어나 결국 파단으로 이어지고 핀홀을 형성합니다. 프로파일을 압출할 때, 개재물은 금속과 함께 흐르며 표면에 주기적인 검은색 선과 벗겨짐을 형성합니다. 항공 우주 단조품에서 산화막은 피로 균열의 선호되는 발생원으로, 불만족스러운 시험으로 이어집니다.

2. 산화막의 탄생: 열역학 및 동역학

알루미늄은 표준 전극 전위가 -1.66V인 매우 반응성이 높은 금속입니다. 대기 조건에서 액체 알루미늄 표면에 산화막 층이 즉시 형성됩니다.

열역학적 메커니즘:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Al₂O₃의 형성 자유 에너지는 매우 낮고 반응은 매우 철저합니다. 이 막은 고체 상태에서 치밀하지만, 액체 알루미늄 표면에서의 구조는 단일하지 않습니다. 표면 산화막의 이중 구조:

• 외부 층: 느슨한 γ-Al₂O₃, 수증기 흡착;
• 내부 층: 치밀한 α-Al₂O₃.

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더 중요한 것은, 액체 알루미늄 표면의 산화막은 "자가 치유" 특성을 가지고 있다는 것입니다. 막이 파손되면 신선한 알루미늄 액체가 공기와 접촉하여 즉시 새로운 막을 생성합니다. 이것은 끔찍한 현상으로 이어집니다. 막을 손상시키는 대신, 모든 교반은 두 층의 막을 만듭니다.

3. "접힘 및 굴림" 메커니즘: 슬래그는 어떻게 들어가는가?

이것이 산화된 가죽 슬래그의 핵심 형성 논리입니다. 액체 알루미늄 표면의 산화막은 얇지만(마이크로미터 수준) 알루미늄에 녹지 않습니다. 녹는점은 2050°C로 매우 높으며, 용융물에서 항상 고체 상태로 존재합니다. 용융물이 정지 상태일 때, 산화막은 표면에 떠서 슬래그 긁기로 제거할 수 있습니다. 그러나 용융물 흐름이 계곡을 만들 때 비극이 발생합니다:

• 계곡 접힘: 주입 중, 알루미늄 액체는 유동 채널에서 파도를 형성합니다. 봉우리가 서로 충돌하고, 표면 산화막은 두 장의 종이처럼 접히고 말려 계곡으로 굴러 들어갑니다.
• 낙하 충격: 정지 용광로에서 유동 채널로, 유동 채널에서 탈기 상자로, 낙하 높이가 100mm를 초과하면 알루미늄 액체가 튀고 산화막 조각이 용융물의 깊은 부분으로 직접 "못 박힙니다".
• 와류 포집: 온라인 탈기 상자 출구 및 결정기 내부에서 액체 표면에 와류(일반적으로 "깔때기"라고 함)가 형성되면, 액체 표면 중심의 산화막이 와류 중심으로 빨려 들어가 응고 전선에 직접 포집됩니다.

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이 말려 올라간 산화막은 더 이상 떠다니는 슬래그가 아니라 용융물 내부의 고체 이물질입니다. 정제된 기포를 "떠내기" 어렵습니다. 왜냐하면 표면적이 넓고 밀도가 알루미늄과 유사하기 때문입니다(처음에는 말려 들어갈 때 기포를 운반하고, 나중에는 기포가 넘쳐 밀도가 증가하여 가라앉거나 매달립니다).

4. 이차 산화: 용광로에서 주조기까지의 "지속적인 오염"

용융 중 초기 산화막 외에도 이차 산화 스케일이 있습니다. 라이닝 벗겨짐: 용융 용광로 및 정지 용광로의 내화 재료(특히 규산염)가 알루미늄 액체에 의해 침식되고, 벗겨진 후 용융물에 섞여 알루미늄과 반응하여 규산알루미늄 개재물을 형성합니다. 정제 반응 생성물: 염소 가스를 사용하여 정제할 때, AlCl₃ 및 NaCl과 같은 염이 생성됩니다. 효과적으로 배출되지 않으면 반응성 개재물을 형성할 수도 있습니다. 유동 채널 및 분배기: 유동 채널의 내화 재료의 거친 표면은 알루미늄 액체를 흡착하고 반복적으로 산화되어 "매달린 슬래그"를 형성하며, 새로운 액체 흐름에 의해 잉곳으로 씻겨 내려갑니다.