عناصر و ناخالصی های آلیاژی خاص آلومینیوم

عناصر آلیاژی و ناخالصی های مهم

عناصر آلیاژی و ناخالصی های مهم در اینجا به عنوان بررسی مختصر اثرات اصلی به ترتیب حروف الفبا فهرست شده اند. برخی از اثرات، به ویژه در مورد ناخالصی ها، به خوبی مستند نشده اند و مختص آلیاژها یا شرایط خاص هستند.

 

آنتیموان به مقدار کمی (0.01 تا 0.1 ppm) در آلومینیوم درجه تجاری اولیه وجود دارد. آنتیموان حلالیت جامد بسیار کمی در آلومینیوم دارد (<0.01%). به آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم اضافه شده است زیرا ادعا می شد با تشکیل یک لایه محافظ از آنتیموان اکسی کلرید، مقاومت به خوردگی در آب نمک را افزایش می دهد.

برخی از آلیاژهای بلبرینگ تا 4 تا 6 درصد Sb دارند. آنتیموان را می توان به جای بیسموت برای مقابله با ترک داغ در آلیاژهای منیزیم آلومینیوم استفاده کرد.

آرسنیک ترکیب AsAl یک نیمه رسانا است. آرسنیک بسیار سمی است (به عنوان AsO3) و باید تا حد بسیار کم کنترل شود که در آن آلومینیوم به عنوان فویل برای بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود.

بریلیم در آلیاژهای آلومینیوم حاوی منیزیم برای کاهش اکسیداسیون در دماهای بالا استفاده می شود. تا 0.1% Be در حمام های آلومینیوم سازی فولاد استفاده می شود تا چسبندگی فیلم آلومینیومی را بهبود بخشد و تشکیل کمپلکس مضر آهن و آلومینیوم را محدود کند. مکانیسم حفاظت به انتشار بریلیم به سطح و تشکیل یک لایه محافظ نسبت داده می شود.

اکسیداسیون و تغییر رنگ محصولات آلومینیوم- منیزیم فرفورژه به دلیل انتشار بریلیم به سطح و تشکیل اکسیدی با نسبت حجمی بالا، با مقادیر کمی بریلیم به شدت کاهش می یابد. بریلیم بر مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم تأثیر نمی گذارد.

بریلیم معمولاً در فلز پرکننده جوشکاری کمتر از 8 ppm نگه داشته می شود و محتوای آن باید در آلیاژهای فرفورژه که ممکن است جوش داده شوند محدود شود. مسمومیت با بریلیوم یک بیماری آلرژیک است، مشکل حساسیت بیش از حد فردی که به شدت و مدت قرار گرفتن در معرض آن مرتبط است. استنشاق گرد و غبار حاوی ترکیبات بریلیوم ممکن است منجر به مسمومیت حاد شود. بریلیم در آلیاژهای آلومینیومی که ممکن است با غذا یا نوشیدنی تماس پیدا کند استفاده نمی شود

بیسموت فلزات با نقطه ذوب پایین مانند بیسموت، سرب، قلع و کادمیوم به آلومینیوم اضافه می شوند تا آلیاژهای ماشینکاری آزاد بسازند. این عناصر حلالیت محدودی در آلومینیوم جامد دارند و یک فاز نرم و کم ذوب را تشکیل می دهند که باعث شکستن تراشه می شود و به روانکاری ابزار برش کمک می کند. مزیت بیسموت این است که انبساط آن در انجماد انقباض سرب را جبران می کند.

نسبت 1 به 1 سرب-بیسموت در آلیاژ آلومینیوم-مس، 2011 و در آلیاژ آلومینیوم-Mg2Si، 6262 استفاده شده است. افزودنی های کوچک بیسموت (20 تا 200 ppm) را می توان به آلیاژهای آلومینیوم منیزیم اضافه کرد. خنثی کردن اثر مضر سدیم بر ترک خوردگی داغ.

بور در آلومینیوم و آلیاژهای آن به‌عنوان تصفیه‌کننده دانه و برای بهبود رسانایی با رسوب دادن وانادیم، تیتانیوم، کروم و مولیبدن (که همگی برای هدایت الکتریکی در سطح ناخالصی معمولشان در آلومینیوم تجاری مضر هستند) استفاده می‌شود. بور را می توان به تنهایی (در سطوح 0.005 تا 0.1٪) به عنوان یک تصفیه کننده دانه در طول انجماد استفاده کرد، اما زمانی که با مقدار اضافی تیتانیوم استفاده شود موثرتر می شود.

پالایشگاه های غلات تجاری معمولاً حاوی تیتانیوم و بور به نسبت 5 به 1 هستند. بور سطح مقطع جذب نوترون بالایی دارد و در آلیاژهای آلومینیوم برای کاربردهای انرژی اتمی خاص استفاده می‌شود، اما محتوای آن باید در آلیاژهای مورد استفاده در مناطق راکتوری که این خاصیت نامطلوب است به سطوح بسیار پایین محدود شود.

کادمیوم یک عنصر نسبتاً کم ذوب است که کاربرد محدودی در آلومینیوم پیدا می کند. تا 0.3% Cd ممکن است به آلیاژهای آلومینیوم مس اضافه شود تا سرعت سخت شدن سن، افزایش استحکام و افزایش مقاومت در برابر خوردگی افزایش یابد. در سطوح 0.005 تا 0.5 درصد برای کاهش زمان پیری آلیاژهای آلومینیوم – روی – منیزیم استفاده شده است. گزارش شده است که آثار کادمیوم مقاومت به خوردگی آلومینیوم بدون آلیاژ را کاهش می دهد.

بیش از 0.1٪، کادمیوم باعث کوتاهی گرم در برخی آلیاژها می شود. به دلیل جذب بالای نوترون، کادمیوم برای استفاده از انرژی اتمی باید بسیار کم نگه داشته شود. برای اعطای ویژگی های برش آزاد، به ویژه برای آلیاژهای آلومینیوم-روی-منیزیم استفاده شده است. به دلیل نقطه ذوب بالاتر آن به بیسموت و سرب ترجیح داده شد. فقط 0.1٪ باعث بهبود ماشینکاری می شود. کادمیوم در آلیاژهای یاتاقان همراه با سیلیکون استفاده می شود. سمیت خوراکی ترکیبات کادمیوم زیاد است. در عملیات ذوب، ریخته‌گری و شار، دود اکسید کادمیوم می‌تواند خطراتی ایجاد کند.

کلسیم حلالیت بسیار کمی در آلومینیوم دارد و CaAl4 بین فلزی را تشکیل می دهد. گروه جالبی از آلیاژهای حاوی حدود 5% کلسیم و 5% روی دارای خواص فوق پلاستیک هستند. کلسیم با سیلیکون ترکیب می شود و CaSi2 را تشکیل می دهد که تقریباً در آلومینیوم نامحلول است و بنابراین رسانایی فلز درجه تجاری را اندکی افزایش می دهد.

در آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم-سیلیکون، کلسیم باعث کاهش سخت شدن سن می شود. تأثیر آن بر آلیاژهای آلومینیوم-سیلیکون افزایش استحکام و کاهش ازدیاد طول است، اما این آلیاژها را قابل عملیات حرارتی نمی کند. در سطح 0.2 درصد، کلسیم ویژگی‌های تبلور مجدد 3003 را تغییر می‌دهد. مقادیر بسیار کم کلسیم (10 ppm) تمایل آلیاژهای آلومینیوم مذاب را برای جذب هیدروژن افزایش می‌دهد.

کربن ممکن است به ندرت به صورت ناخالصی در آلومینیوم به شکل اکسی کاربیدها و کاربیدها وجود داشته باشد که رایج ترین آنها Al4C3 است، اما تشکیل کاربید با سایر ناخالصی ها مانند تیتانیوم امکان پذیر است. Al4C3 در مجاورت آب و بخار آب تجزیه می شود و این ممکن است منجر به سوراخ شدن سطح شود. عملیات معمولی انتقال و شار فلز معمولاً کربن را تا سطح ppm کاهش می دهد.

سریم عمدتاً به شکل میشمتال (خاکی کمیاب با 50 تا 60 درصد Ce) به صورت آزمایشی به آلیاژهای ریخته گری برای افزایش سیالیت و کاهش چسبندگی قالب اضافه شده است. در آلیاژهای حاوی آهن بالا (> 0.7٪)، گزارش شده است که FeAl3 سوزنی را به یک ترکیب غیر سوزنی تبدیل می کند.

کروم به عنوان یک ناخالصی جزئی در آلومینیوم با خلوص تجاری (5 تا 50 ppm) وجود دارد. تأثیر زیادی بر مقاومت الکتریکی دارد. کروم یک افزودنی متداول به بسیاری از آلیاژهای گروه های آلومینیوم- منیزیم، آلومینیوم- منیزیم-سیلیکون و آلومینیوم- منیزیم-روی است که در آنها معمولاً در مقادیری بیش از 0.35% اضافه نمی شود.

بیش از این محدودیت ها، تمایل به تشکیل ترکیبات بسیار درشت با سایر ناخالصی ها یا مواد افزودنی مانند منگنز، آهن و تیتانیوم دارد. این حد با افزایش محتوای فلزات واسطه کاهش می یابد. در آلیاژهای ریخته‌گری، کروم اضافی با بارش پریکتتیک در زمان نگهداری، لجن تولید می‌کند.

کروم سرعت انتشار پایینی دارد و فاز پراکنده ریز را در محصولات فرفورژه تشکیل می دهد. فاز پراکنده از هسته زایی و رشد دانه جلوگیری می کند. کروم برای کنترل ساختار دانه، جلوگیری از رشد دانه در آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم، و برای جلوگیری از تبلور مجدد در آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم- سیلیکون یا آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم- روی در حین کار گرم یا عملیات حرارتی استفاده می شود.

ساختارهای الیافی که ایجاد می شوند حساسیت به خوردگی تنشی را کاهش می دهند و/یا چقرمگی را بهبود می بخشند. کروم در محلول جامد و به عنوان یک فاز ریز پراکنده استحکام آلیاژها را اندکی افزایش می دهد. اشکال اصلی کروم در آلیاژهای قابل عملیات حرارتی، افزایش حساسیت خاموش شدن زمانی است که فاز سخت شدن تمایل به رسوب بر روی ذرات فاز کروم از قبل موجود دارد. کروم به لایه آندی رنگ زرد می بخشد.

کبالت افزودنی رایج به آلیاژهای آلومینیوم نیست. به برخی از آلیاژهای آلومینیوم-سیلیکون حاوی آهن اضافه شده است، جایی که بتا سوزنی شکل (آلومینیوم-آهن-سیلیکون) را به فاز آلومینیوم-کبالت-آهن گردتر تبدیل می کند، بنابراین استحکام و ازدیاد طول را بهبود می بخشد. آلیاژهای آلومینیوم – روی – منیزیم – مس حاوی 0.2 تا 1.9٪ Co توسط متالورژی پودر تولید می شوند.

فلز مس آلیاژهای آلومینیوم و مس حاوی 2 تا 10 درصد مس، عموماً با سایر مواد افزودنی، خانواده‌های مهمی از آلیاژها را تشکیل می‌دهند. هر دو آلیاژ آلومینیوم- مس ریخته گری و فرفورژه به عملیات حرارتی محلول و پیری بعدی با افزایش استحکام و سختی و کاهش ازدیاد طول پاسخ می دهند.

تقویت حداکثر بین 4 تا 6 درصد مس است، بسته به تأثیر سایر اجزای موجود. خواص ورق آلیاژ آلومینیوم-مس در تعدادی از شرایط حرارتی در شکل 20 مونتاژ شده است. ویژگی های پیری آلیاژهای دوتایی آلومینیوم- مس با جزئیات بیشتری نسبت به هر سیستم دیگری مورد مطالعه قرار گرفته است، اما در واقع آلومینیوم باینری تجاری بسیار کمی وجود دارد. -آلیاژهای مس بیشتر آلیاژهای تجاری حاوی عناصر آلیاژی دیگری هستند.