1. สแลกออกซิไดซ์คืออะไร?

สแลกออกซิไดซ์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "สิ่งเจือปนฟิล์มออกไซด์" หรือ "สิ่งเจือปน Al ₂ O ∝" ในศัพท์เทคนิค ลักษณะภายนอก: บนชิ้นทดสอบแท่งโลหะที่กำลังขยายต่ำ จะปรากฏเป็นแถบสีดำ รูปแผ่น หรือกลุ่มที่ไม่เป็นระเบียบ มีขอบเบลอหรือชัดเจน ส่วนใหญ่อยู่ในส่วนบน ใต้ผิว หรือใกล้กับก้อนรวมตัวที่จุดศูนย์กลางของแท่งโลหะ ลักษณะภายใน: ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สิ่งเจือปน Al ₂ O3 ปรากฏเป็นกลุ่มแผ่นและกลุ่มปุย มีความแข็งสูงมาก (ความแข็งโมห์ 9 ใกล้เคียงเพชร) ไม่มีการเชื่อมต่อทางโลหะกับเมทริกซ์อลูมิเนียม และมีขอบเขตที่ชัดเจน

ผลกระทบต่อคุณสมบัติภายหลัง:

เมื่อรีดแผ่นอลูมิเนียม บริเวณที่ผสมกันจะไม่สามารถเสียรูปและยืดออกเป็นข้อบกพร่องเชิงเส้น นำไปสู่การแตกหักและการเกิดรูเข็มในที่สุด เมื่อรีดขึ้นรูปโปรไฟล์ สิ่งเจือปนจะไหลไปพร้อมกับโลหะ ทำให้เกิดเส้นสีดำเป็นระยะและลอกออกที่พื้นผิว ในชิ้นงานฟอร์จสำหรับอากาศยาน ฟิล์มออกไซด์เป็นแหล่งกำเนิดหลักของรอยร้าวความล้า นำไปสู่การทดสอบที่ไม่น่าพอใจ

2. การกำเนิดของฟิล์มออกไซด์: เทอร์โมไดนามิกส์และพลศาสตร์

อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยาสูงมาก มีศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน -1.66V ในสภาวะบรรยากาศ ฟิล์มออกไซด์จะก่อตัวขึ้นทันทีบนพื้นผิวของอลูมิเนียมหลอมเหลว

กลไกทางเทอร์โมไดนามิกส์:

4Al + 3O2—— 2Al2O3

พลังงานอิสระในการก่อตัวของ Al ₂ O ∝ ต่ำมาก และปฏิกิริยาจะสมบูรณ์มาก ฟิล์มชั้นนี้มีความหนาแน่นในสถานะของแข็ง แต่โครงสร้างไม่เป็นเอกภาพบนพื้นผิวของอลูมิเนียมหลอมเหลว โครงสร้างคู่ของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิว:

• ชั้นนอก: หลวม γ - Al ₂ O3 ดูดซับไอน้ำ
• ชั้นใน: หนาแน่น α - Al ₂ O ∝.

รูปภาพ

ที่สำคัญกว่านั้น ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของอลูมิเนียมหลอมเหลวมีลักษณะ "การรักษาตัวเอง" - เมื่อฟิล์มแตก อลูมิเนียมหลอมเหลวสดจะสัมผัสกับอากาศและสร้างฟิล์มใหม่ทันที สิ่งนี้นำไปสู่ปรากฏการณ์ที่น่ากลัว: การกวนแต่ละครั้ง แทนที่จะทำลายฟิล์ม กลับสร้างฟิล์มสองชั้น

3. กลไก "การพับและการกลิ้งเข้า": สแลกเข้าไปได้อย่างไร?

นี่คือตรรกะการก่อตัวหลักของสแลกหนังออกซิไดซ์ ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของอลูมิเนียมหลอมเหลว แม้จะบาง (ระดับไมโครเมตร) ก็ไม่หลอมรวมกับอลูมิเนียม จุดหลอมเหลวสูงถึง 2050 ℃ และมีสถานะเป็นของแข็งเสมอในของเหลว เมื่อของเหลวอยู่ในสภาวะคงที่ ฟิล์มออกไซด์จะลอยอยู่บนพื้นผิวและสามารถกำจัดได้ด้วยการขูดสแลก แต่เมื่อการไหลของของเหลวสร้างร่องลึก โศกนาฏกรรมก็เกิดขึ้น:

• การพับร่อง: ระหว่างการฉีด อลูมิเนียมหลอมเหลวจะเกิดคลื่นในช่องทางการไหล ยอดคลื่นชนกัน และฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวจะพับและม้วนเหมือนกระดาษสองแผ่น ถูกกลิ้งเข้าไปในร่องลึก
• การตกกระทบ: จากเตาหลอมแบบคงที่ไปยังช่องทางการไหล จากช่องทางการไหลไปยังกล่องไล่ก๊าซ หากการตกกระทบเกิน 100 มม. อลูมิเนียมหลอมเหลวจะกระเด็นและเศษฟิล์มออกไซด์จะถูก "ตอก" เข้าไปในส่วนลึกของของเหลวโดยตรง
• การจับตัวเป็นวงวน: ที่ทางออกของกล่องไล่ก๊าซออนไลน์และภายในตัวตกผลึก หากเกิดวงวนบนพื้นผิวของเหลว (ที่รู้จักกันทั่วไปว่า "กรวย") ฟิล์มออกไซด์ที่ศูนย์กลางของพื้นผิวของเหลวจะถูกดูดเข้าไปในศูนย์กลางของวงวนและถูกจับโดยแนวการแข็งตัวโดยตรง

รูปภาพ

ฟิล์มออกไซด์ที่ม้วนขึ้นนี้จะไม่ใช่สแลกที่ลอยอยู่ แต่เป็นสิ่งแปลกปลอมที่เป็นของแข็งภายในของเหลว เป็นเรื่องยากที่จะ "ลอย" ฟองอากาศที่ผ่านการกลั่นออกไปได้ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และความหนาแน่นใกล้เคียงกับอลูมิเนียม (ในตอนแรกจะพาฟองอากาศเข้าไปเมื่อถูกกลิ้งเข้าไป ต่อมาฟองอากาศจะล้นออกและความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้น จมลงหรือแขวนลอย)

4. การออกซิไดซ์ซ้ำ: "มลพิษต่อเนื่อง" จากเตาหลอมไปยังเครื่องหล่อ

นอกเหนือจากฟิล์มออกไซด์เริ่มต้นระหว่างการหลอม ยังมีสแลกออกซิไดซ์ซ้ำ: การลอกของวัสดุบุผนัง: วัสดุทนไฟ (โดยเฉพาะซิลิกา) ที่บุผนังเตาหลอมและเตาหลอมแบบคงที่ ถูกกัดกร่อนโดยอลูมิเนียมหลอมเหลว และหลังจากลอกออก จะผสมกับของเหลวและทำปฏิกิริยากับอลูมิเนียมเพื่อสร้างสิ่งเจือปนอะลูมิโนซิลิเกต ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาการกลั่น: เมื่อใช้ก๊าซคลอรีนในการกลั่น จะเกิดเกลือ เช่น AlCl3 และ NaCl หากไม่ถูกกำจัดอย่างมีประสิทธิภาพ ก็สามารถสร้างสิ่งเจือปนที่ทำปฏิกิริยาได้ ช่องทางการไหลและตัวกระจาย: พื้นผิวที่ขรุขระของวัสดุทนไฟในช่องทางการไหลจะดูดซับอลูมิเนียมหลอมเหลว เกิดการออกซิไดซ์ซ้ำ สร้าง "สแลกที่แขวนอยู่" และถูกชะล้างลงไปในแท่งโลหะโดยการไหลของของเหลวใหม่