دانلود تحقیق روش الکترولیز سه لایه

حمام مذاب در این روش از سه لایه جداگانه تشکیل می شود.

لایه تحتانی که مشخصه آندها را دارد از آلیاژ ناخالص تشکیل می شود و حدود 30% مس جهت افزایش وزن مخصوص به آن اضافه می گردد.

لایه میانی از فلاکس هایی تشکیل می گردد که دارای نقطه ذوب و وزن مخصوص بیشتری نسبت به آلومینیم خالص می باشند.

این فلاکس ها حاوی فلوئور آلومینیم و سدیم و مقداری کلرور باریم و فلوئور باریم هستند.

لایه فوقانی از آلومینیم خالص تشکیل می شود و مشخصه کاتدی دارد و برای اتصال جریان از کربن خالص استفاده می کنند و عمل تخلیص را انجام می دهند که حاوی درجه خلوصی حدود 99/99% می باشد.

این روش به دلیل هزینه زیاد فقط در مورد تولید آلیاژهای بسیار خالص از قراضه ها و برگشتنی ها مورد استفاده قرار می گیرند.

2-4- کاتدی همان گونه که در مباحث قبل و کتاب اصول ریخته گری تشریح گردیده است گازهای محلول در مایع بعد از انجماد به دلیل تنش سطحی مذاب و عدم امکان خروج کامل به صورت حباب هایی با اندازه های مختلف در قطعه ریخته شده باقی می مانند که خواص مکانیکی و وزن مخصوص قطعه را شدیداً کاهش می دهند.

در مورد ذوب آلیاژ های آلومینیم هیدروژن تنها گازی است که به صورت محلول در مایع و حباب در جامد ظاهر می گردد و از این رو عملیات گاززدایی (ئیدروژن زدایی) در ذوب آلومینیم و آلیاژهای آن از اهمیت خاص برخوردار است.

میزان حلالیت ئیدروژن در مذاب آلومینیم به درجه حرارت و فشار خارج (نسبت به فشار داخل) بستگی دارد و همین امر پایه و اساس گاززدائی آلومینیم را تشکیل می دهد.

لذا کنترل درجه حرارت برای اجتناب از جذب گاز که بایستی حداقل ممکن باشد اولین عاملی است که در جریان ذوب مورد توجه قرار می گیرد.

معمولاً درجه حرارت مذاب را 720-740 اختیار می کنند تا علاوه بر تهدید حلالیت گاز از سیالیت نسبتاً مناسب و ویسکوزیته کم برخوردار باشد.

1-2-4- ذوب در خلاء (فشار کم) ذوب در خلاء به دلیل عدم وجود گازهای محیطی علاوه بر تقلیل میزان هیدروژن از شدت اکسیداسیون و امکان وجود سایر ترکیبات غیر فلزی نیز می کاهد.

مهمترین اصل در این روش تقلیل فشار خارجی است که در نتیجه حلالیت ئیدروژن را به نسبت زیادی تقلیل می دهد.

این روش در صنایع امروز در حال توسعه است.

2-2-4- گاززدائی با گازهای بی اثر افزودن گازهای بی اثر مانند ازت، آرگون، باعث آن می گردد که فشار نسبی داخل مذاب افزایش پیدا کرده و در نتیجه از حلالیت ئیدروژن کاسته شود.

آزمایشات را نسلی نشان می دهد که چنانچه گاز آرگون و یا ازت به مقدار 1cc بر دقیقه به داخل مذاب رانده شود.

فشار داخلی راندمان استخراج ئیدروژن برابر 52% است و چنانچه گاز بی اثر برابر دقیقه 5cc به داخل مذاب دیده می شود.

بایستی توجه داشت که: PH2=pi که در آن در صد ئیدروژن در مخلوط گازی می باشد و از اینرو گازهای بی اثر مانند آرگون، هلیم، ازت (در صورت عدم وجود منیزیم) می توانند به عنوان مواد دگازر به کار روند.

آلومینیم مذاب معمولاً توسط آرگون خشک برای تقلیل فشار خارجی (افزایش فشار داخلی) به نسبت 100/1 گاززدائی می شود که در نتیجه مقدار ئیدروژن را از 34/0 سانتیمتر مکعب بر 100 گرم به 34% تقلیل می دهد.

و معمولاً این عمل در کوره های بوته ای ثابت توسط کپسول های گاز آرگون (مخلوط گازی) انجام می شود.

ترکیب فلوئور مضاعف سدیم سیلسیم Na2sif6 نیز که در درجه حرارت مذاب تجزیه می شود و گاز f4si را که نسبت به مذاب آلومینیم بی اثر است تولید می کند نیز با همان نتایج گازهای ازت و آرگون روبرو است جز آنکه سدیم حاصل نمی تواند در آلیاژهای منیزیم دار به کار رود.

3-2-4- گاززدائی با کلرو ترکیبات قابل تبخیر آن بهترین روش موثر در ئیدروژن زدایی از آلومینیم مذاب استفاده از کلر می باشد.

در 1000k که معمولاً درجه حرارت گاززدائی است انرژی فعل و انفعال عبارتست از: و چون PH=pc1 می باشد.

که همزمان ترکیبات MnCl2 , AlCl3 , NaCl2 , MgCl2 و Cacl2 نیز تشکیل می شوند که هر یک به نوبه خود در درجه حرارت مذاب قابل تبخیر بوده و به صورت گاز بی اثر و یا فعل و انفعال با ئیدروژن باعث تقلیل مقدار آن در مذاب خواهند شد نکته قابل توجه در آن است که برای انجام عمل دگازین و خروج ترکیبات غیر فلزی کلروره از مذاب بر اساس رابطه استوک 5 دقیقه اختلاف بین زمان ریختن و عمل گاززدائی الزامی است.

بدیهی است در کوره های بزرگ این زمان تا 15 دقیقه نیز افزایش می یابد به جای استفاده از گاز کلر اغلب ترکیبات قابل تبخیر آن و بخصوص هگزارکلرواتان C2CL6 استفاده می شود.

مقدار کمی از C به صورت پراکنده در مذاب باقی می ماند که در صورت وجود تیتانیم با یک سری فعل و انفعالات متعدد به مواد ترکیبی تبدیل می شود.

و در همان زمان نیز Tic حاصل همان گونه که در قسمتهای دیگر این بخش اشاره خواهد شد خاصیت ریسک کردن شیکه های آلومینیم را دارا می باشد.

در بسیاری از موارد تتراکلرورکربن Ccl4‌مخلوط با ازت نیز به عنوان مواد گاززدا به کار می رود.

و همچنین به دلیل مسموم بودن گاز کلر در کارخانجات امروز از مخلوط 3 به 1 گاز ازت و کلر استفاده می کنند.

بایستی توجه داشت که عمل گاززدائی هنگامی کامل صورت می گیرد که ویسکوزیته آلیاژ مذاب در اثر حذف اکسیدها و سرباره ها به طریق مختلف کاهش یافته باشد.

در شکل 1-4- تأثیر گاززدائی و زمان آن توسط کلر در یک نوع آلیاژ آلومینیم، سیلیسیم نشان داده شده است.

3-4- اکسیژن زدایی، خارج کردن مواد غیر فلزی فلاکس ها موادی هستند که برای افزایش کیفیت مذاب و تقلیل مواد ترکیبی (غیر فلزی) بدون تغییر کلی در ترکیب آلیاژ و یا با اندکی تغییر به کار می روند.

چگونگی فعل و انفعال فلاکس مذاب و چگونگی خروج اکسیدها از آن هنوز مورد تردید و بحث می باشد زیرا پایداری اکسید آلومینیم مانع از آن است که خروج این عنصر از مذاب به سهولت خروج اکسید آهن و اکسید مس انجام پذیرد.

نظرات مختلف ترکیبی (شیمیایی) و مکانیکی هنوز به قوت خود باقی است و مهمتر از همه نظریه (west) می باشد.

مبنی بر اینکه فلاکس ها در فصل مشترک ترکیبات و مذاب قرار گرفته و به سهولت آنها را از هم جدا می نمایند.

فلاکس ها و کاربرد آنان بسیار متنوع می باشد تقسیم بندیهای مختلفی در مورد آنان انجام گرفته است که مولف تقسیم بندی زیر را در مورد آلیاژهای آلومینیم مناسب تشخیص می دهد.

احیاء کننده ها (فلزات) فلاکس های گازی فلاکس های جامد محلول و یا نمکها قبل از تشریح انواع فلاکس ها توزیع این نکته ضروری است که اغلب ترکیبات فلاکسها دارای مواد گاززدا نیز می باشند و از اینرو فلاکس ها برای منظورهای مختلف و یا توامی از گاززدائی و خارج کردن مواد غیر فلزی و حفاظت مذاب بکار می روند و در صنایع ذوب آلومینیم از اهمیت ویژه برخوردارند.

1-3-4- احیاء کننده ها اکسید آلومینیم به سهولت توسط عناصر دیگر احیا می شود و فقط عناصر محدودی مانند کلسیم، منیزیم، لیتوم و برلیوم قادر به احیاء اکسید آلومینیم می باشند ولی اکسیدهای کلسیم و منیزیم به سرعت با اکسید آلومینیم ترکیب شده و اکسیدهای مضاعف 3Cao, Al2o3 , Mgo, Al2o3 (اسپنیل) تشکیل می دهند و از اینرو برای خروج اکسیدهای آلومینیم اثرات مفیدی ندارند در مقابل برلیوم برای کلیه آلیاژهای آلومینیم و بخصوص آلومینیم منیزیم توصیه شده است.

اکسید برلیوم علاوه بر قابلیت احیاء اکسیدهای آلومینیم و منیزیم می تواند اکسید فیلم غیر متخلخل در سطح مذاب تشکیل دهد و مانع از اکسیده شدن بیشتر مذاب شود.

با توجه به اینکه فاکتور تخلخل Beo برابر 4 می باشد در حالیکه این فاکتور برای Al2o3 نزدیک 2 و برای 0/8 Mgo است چگونگی حفاظت از سطح مذاب توسط اکسید فیلم مشخص می گردد.

برلیوم در شمش ها و قطعات هاردنربا 5/1% برلیوم و یا به صورت ترکیب Bef2 به مذاب اضافه می گردد.

در شکل 2-4 تأثیر افزایش برلیوم و درجه حرارت در تقلیل اکسید آلومینیم نشان داده شده است.

لیتیوم نیز که به صورت لیتیوم فلزی یا فلوئور لیتیوم Fli به مذاب آلومینیم افزوده می شود.

در تقلیل مقدار اکسیدهای آلومینیم و منیزیم تأثیر بسیار دارد ولی مشخصات کلی آن از برلیوم نامطلوبتر است زیرا قادر به تشکیل اکسید غیر متخلخل نیست و حفاظت فلز را مانند برلیوم انجام نمی دهد و از طرف دیگر به دلیل نقطه ذوب پایین ممکن است در مذاب حل شود.

در خاتمه این مبحث لازم به توضیح است که عناصری قادر به احیاء و استفاده در صنایع ذوب آلومینیم هستند که مشخصات زیر را داشته باشند: 1- نقطه ذوب و تبخیر بالا 2- وزن اتمی کم 3- وزن مخصوص کم 4-قطر اتمی کوچک و در بین عناصر برلیوم مشخصات فوق را به طور کامل دارد و از اینرو استفاده از آن در صنایع آلومینیم بیش از عناصر دیگر به عمل می آید.

2-3-4- فلاکس های گازی اکسیدها و مواد غیر فلزی شناور در مذاب می توانند با فلاکس های گازی فعال مانند Bcl3 , cl2 و یا ترکیبات قابل تبخیر مانند C2Cl6 از مذاب خارج شوند.

گرچه عناصر فوق برای گاززدائی به کار می روند ولی در جریان خروج از مذاب قادرند بسیاری از مواد غیرفلزی و و انیکلوژن ها را به طریق مکانیکی همراه خود به سطح مذاب انتقال دهند.

به هر صورت عمل دگازین با کلرورها و ترکیبات کلر تأثیر بسیار زیادی در خارج کردن مواد ناخواسته از آلومینیم مذاب دارند ولی بایستی توجه کرد که استفاده از این مواد اغلب با خورندگی بوته و ایجاد گازهای سمی روبرو می باشد.

فلاکس های حاوی کلر باعث اتلاف شدید منیزیم استفاده می کنند که به صورت مایع عمل فلاکسینگ را انجام می دهد.

گازهای بی اثر مانند ازت و آرگون تاثیر کمی در تصفیه مذاب از مواد ناخواسته دارند و از این رو عمل فلاکس های کلروره بیشتر در ایجاد ترکیب Alcl3 می باشد که قادر است در فصل مشترک اکسیدها و مواد مذاب قرار گرفته و همراه خود آنها را خارج سازد.

انواع و اقسام کلرورها و فلاکس های قابل تبخیر در ذوب آلومینیم بکار می روند که مهمترین آنها عبارتند از:‌ TiCl4 , BCl3 , Cl3Al , Cl2Mg , ClNH4 , Cl2Zn استفاده از فلاکس های مختلف بایستی متناسب با ترکیب شیمیایی آلیاژ باشد و در غیر اینصورت ناخالصی های فلزی در آلیاژ افزایش می یابند: هگزاکلرواتان C2cl6 جامد می باشد ولی در درجه حرارت مذاب تجزیه شده و با آلیاژ ترکیب می شود در این حالت یکی و یا تمام فعل و انفعالات زیر امکان پذیر می باشد.

3-3-4- فلاکس های جامد یا نمک ها بیشتر فلاکس های قابل حل در مذاب آلومینیم مخلوطی از فلوئورهای قلیایی و کلرورها می باشند و هیچ کدام از آنها قادر به تجزیه اکسیدها به حالت فلزی نیستند.

ولی فلاکس های ساخته شده از کریولیت می توانند مقدار کمی از Al2O3 را در خود حل نمایند و از این رو مهمترین عمل فلاکس ها جدا کردن فلز و آلیاژ از سرباره، اکسیدها و لجن ها می باشد.

برای انجام این عمل بایستی تنش های جذبی بین آلومین و فلاکس و آلومینیم و فلاکس بیشتر از قابلیت چسبندگی آلومین و آلومینیم باشد.

کیسلینک kissling معتقد است که فلاکس ها عموماً فیلم نازکی بین ترکیبات ناخواسته و مذاب پدید می آورند که همین امر باعث جدا شدن و خارج شدن آنها می شود.

فلاکس های فلوئوره در برخورد با مذاب تولید Alf3 می نمایند که به دلیل گاز بودن بسیاری از مواد شناور را با خود خارج می نماید.

همچنین انجام فعل و انفعالات زیر نیز امکان پذیر است: فلاکس های مورد استفاده در آلیاژهای آلومینیم، منیزیم بیشتر بر اساس CaCl2 , Cl2Mg , Cik قرار دارند.

علاوه بر فلاکس های مذکور فلاکس های دیگری که قادرند با تشکیل فیلم ضخیم در سطح مذاب از ورود گاز و اکسیژن به داخل آن جلوگیری نمایند به نام فلاکس های پوششی (Coverals) بکار می روند.

مشخصه عمومی این فلاکس ها وزن مخصوص کم و نقطه ذوب پایین و نقطه تبخیر بالاتر از درجه حرارت مذاب می باشد و از این رو به صورت مایع در سطح مذاب قرار می گیرند.

این فلاکس ها با ترکیبات مختلف اغلب بر مبنای ترکیبات CaCl2 , Fna , Clk , ClNa قرار دارند که معمولاً همراه با فلز جامد شارژ می گردند.

در جدول 2-4- ترکیبات فلاکس های مختلف که در ذوب آلیاژهای آلومینیم به کار می روند درج شده است و همچنین تأثیر فلاکس ها و دگازرها در وزن مخصوص آلیاژ آلومینیم در شکل 3-4- نشان داده شده است.

4-4- تصفیه: فیلتر کردن به دلایل اشکالات متالورژیکی ناشی از مصرف فلاکس ها