گاززدایی آلومینیوم یعنی کاهش هیدروژن حل‌شده در مذاب پیش از ریختن. هیدروژنی که در مذاب بماند، هنگام انجماد به شکل حباب از فلز جدا می‌شود و در قطعه تخلخل گازی ایجاد می‌کند؛ عیبی که استحکام و آب‌بندی قطعه را کم می‌کند و گاهی تنها پس از ماشین‌کاری دیده می‌شود. این مقاله توضیح می‌دهد هیدروژن از کجا می‌آید، چگونه گرفته می‌شود و کیفیت گاززدایی را چطور می‌سنجند.
چرا مذاب آلومینیوم گاز جذب می‌کند؟
هیدروژن تنها گازی است که به مقدار قابل توجه در مذاب آلومینیوم حل می‌شود. در دمای ذوب آلومینیوم خالص، حلالیت هیدروژن در مذاب حدود ۰٫۷ میلی‌لیتر در ۱۰۰ گرم و در فلز جامد تنها حدود ۰٫۰۴ میلی‌لیتر در ۱۰۰ گرم است؛ یعنی مذاب حدود ۱۵ تا ۲۰ برابر جامد هیدروژن در خود نگه می‌دارد. با بالا رفتن دمای مذاب این حلالیت بیشتر هم می‌شود. بنابراین مذابی که در کوره کاملاً سالم به نظر می‌رسد، هنگام انجماد هیدروژن اضافی خود را به شکل حباب آزاد می‌کند.
منبع اصلی هیدروژن، رطوبت است. آلومینیوم مذاب با آب واکنش می‌دهد، اکسید آلومینیوم تشکیل می‌شود و هیدروژن آزادشده در مذاب حل می‌شود. رطوبت از این راه‌ها وارد می‌شود:
- شارژ خیس، روغنی یا آلوده
- ابزار، ملاقه و نسوز مرطوب
- هوای شرجی و محصولات احتراق در کوره‌های گازسوز
- فلاکس‌هایی که رطوبت جذب کرده‌اند
روش‌های گاززدایی
| روش | نحوه کار | نکته |
|---|---|---|
| گاززدایی دورانی (روتور) | روتور گرافیتی چرخان، گاز خنثی را به شکل حباب‌های ریز در مذاب پخش می‌کند | مؤثرترین و رایج‌ترین روش |
| لوله دمش (لنس) | گاز خنثی از یک لوله به ته مذاب دمیده می‌شود | حباب‌های درشت‌تر و راندمان کمتر |
| قرص گاززدا | قرص در مذاب فرو برده می‌شود و گاز آزاد می‌کند | ساده، اما برخی ترکیبات قدیمی آن به دلایل زیست‌محیطی و بهداشتی در بسیاری از کشورها محدود شده‌اند |
سازوکار همه این روش‌ها یکی است: حباب گاز خنثی، مانند آرگون یا نیتروژن، در مذاب بالا می‌رود و هیدروژن حل‌شده به درون آن نفوذ می‌کند و همراه حباب از مذاب خارج می‌شود. هر چه حباب‌ها ریزتر و بیشتر باشند، سطح تماس بیشتر و گاززدایی مؤثرتر است. حباب‌ها ذرات اکسید را هم با خود به سطح می‌برند و به تمیزی مذاب کمک می‌کنند.
در یک نمونه گزارش‌شده در منابع صنعتی، یک چرخه گاززدایی خوب هیدروژن را در حدود ۱۰ تا ۱۵ دقیقه از حدود ۰٫۳ تا ۰٫۴ به کمتر از ۰٫۱ میلی‌لیتر در ۱۰۰ گرم رسانده است. زمان واقعی به حجم مذاب، دور روتور، دبی گاز و مقدار اولیه هیدروژن بستگی دارد.
کیفیت گاززدایی چگونه ارزیابی می‌شود؟
آزمون فشار کاهش‌یافته (RPT)
نمونه‌ای از مذاب در محفظه‌ای با فشار کم منجمد می‌شود. فشار کم، حباب‌های هیدروژن را بزرگ‌تر و آشکارتر می‌کند؛ مقطع بریده‌شده نمونه نشان می‌دهد مذاب چقدر گاز دارد. این آزمون که با نام آزمون اشتراوبه–فایفر هم شناخته می‌شود، ساده، سریع و در کارگاه قابل انجام است.
شاخص دانسیته
دو نمونه از یک مذاب، یکی در هوا و دیگری در فشار کاهش‌یافته، منجمد و چگالی آن‌ها اندازه‌گیری می‌شود:
شاخص دانسیته = (چگالی نمونه منجمدشده در هوا − چگالی نمونه منجمدشده در فشار کم) ÷ چگالی نمونه منجمدشده در هوا × ۱۰۰
مثال فرضی: اگر چگالی نمونه هوا ۲٫۶۸ و نمونه فشار کم ۲٫۶۲ گرم بر سانتی‌متر مکعب باشد، شاخص دانسیته حدود ۲٫۲ درصد است. هر چه این عدد کمتر باشد، مذاب گاز کمتری دارد. شاخص قابل قبول به قطعه و مشخصات مشتری بستگی دارد و باید با مشتری توافق شود.
اندازه‌گیری مستقیم هیدروژن
دستگاه‌هایی مقدار هیدروژن را مستقیم در مذاب و بر حسب میلی‌لیتر در ۱۰۰ گرم اندازه می‌گیرند. دقیق‌ترند اما گران‌ترند و بیشتر در تولید قطعات حساس به کار میروند.
چه زمانی گاززدایی کنیم؟
- پس از ذوب کامل، اصلاح ترکیب و فلاکس‌زنی.
- تا حد امکان نزدیک به زمان ریختن؛ مذاب در نگهداری طولانی، به‌ویژه در هوای مرطوب، دوباره هیدروژن جذب می‌کند.
- در کوره‌های نگهداری دایکاست، به‌صورت دوره‌ای و با کنترل آزمون فشار کاهش‌یافته.
ماده اولیه و هیدروژن
رطوبت و آلودگی سطحی ماده اولیه یکی از منابع اصلی هیدروژن است. شمش تمیز و خشک هیدروژن کمتری از ضایعات روغنی و مرطوب وارد مذاب می‌کند. شمش را زیر سقف انبار کنید و پیش از شارژ پیش‌گرم کنید؛ این کار هم رطوبت را حذف می‌کند و هم از پاشش خطرناک مذاب جلوگیری می‌کند.
دمای مذاب هم مهم است: مذاب داغ‌تر هیدروژن بیشتری جذب می‌کند. درباره دمای مناسب در مقاله دمای ذوب آلومینیوم بخوانید.
سوالات متداول
گاززدایی با نیتروژن بهتر است یا آرگون؟
هر دو به کار میروند. آرگون کاملاً خنثی است و نیتروژن ارزانتر است، اما در آلیاژهای پرمنیزیم ممکن است با مذاب واکنش دهد. انتخاب به آلیاژ، هزینه و توصیه سازنده تجهیزات بستگی دارد.
چرا بعد از گاززدایی باز هم تخلخل داریم؟
چون همه تخلخلها گازی نیستند. تخلخل انقباضی و هوای حبسشده در تزریق دایکاست با گاززدایی برطرف نمیشوند. برای تشخیص نوع تخلخل، مقاله عیوب ریختهگری آلومینیوم را ببینید.
گاززدایی چقدر طول می‌کشد؟
به حجم مذاب، روش، دور روتور و دبی گاز بستگی دارد. در منابع صنعتی چرخه‌های حدود ۱۰ تا ۱۵ دقیقه گزارش شده است؛ زمان مناسب کارگاه خود را با آزمون فشار کاهش‌یافته پیش و پس از گاززدایی پیدا کنید.
شاخص دانسیته مناسب چقدر است؟
عدد واحدی وجود ندارد. قطعات حساس و آببند به شاخص پایینتری نیاز دارند؛ حد قابل قبول را بر اساس مشخصات قطعه با مشتری توافق کنید و آن را در کنترل روزانه ثبت کنید.
