بررسی مکانیسم های افزایش گرانروی و حباب زایی و تاثیرات متقابل آن ها در تولید فوم آلومینیم

روش فوم سازی آلپوراس یکی از روش های تجاری تولید فوم های فلزی است که با افزودن کلسیم به مذاب و همزدن گرانروی مناسب برای فوم سازی حاصل می شود. در این پژوهش تاثیر کلسیم و همزدن بر گرانروی مذاب آلومینیوم بررسی شد، مکانیسم های موثر بر این پدیده و ویژگی ها و شرایط عنصر افزودنی مشخص شد و در نهایت تاثیر این فرایند بر رفتار فومی شدن مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور در گام اول ویسکومتر دما بالا با دقت زیاد بر اساس ویسکومترهای سقوط گلوله ساخته شد. با استفاده از این ویسکومتر گرانروی مذاب در درصد های مختلف کلسیم و زمان های متفاوت هم زدن بررسی شد. در این پژوهش این پدیده از سه دیدگاه مورد بررسی قرار گرفت. در دیدگاه اول تاثیر مستقیم کلسیم بر گرانروی و ساختار آلومینیوم بررسی شد. در مرحله دوم تاثیر کلسیم بر مذاب فلزی دیگر (روی) ارزیابی شد و در نهایت تاثیر سایر عناصر آلیاژی (لیتیوم، منیزیم، سدیم و ...) بر گرانروی مذاب آلومینیوم مورد مطالعه قرار گرفت. نمونه هایی از مذاب در شرایط مختلف گرفته شد و برای بررسی های مشخصه یابی متالوگرافی، xrd و sem به کاربرده شد. نتایج نشان می دهد که اکسیداسیون مذاب و تشکیل آخال های اکسیدی بسیار ریز باعث افزایش گرانروی مذاب آلومینیوم می شود. در حقیقت کلسیم باعث تغییر ساختار لایه محافظ از ?-al2o3 به فاز سیمانی ca3al2o6 می شود که مقاومت به خوردگی کمترو حجم بیشتری دارد. همزدن هم با ایجاد تلاطم این لایه محافظ را شکسته و به صورت ذرات بسیار ریز وارد مذاب می کند. این ذرات تر شوندگی کمی با مذاب دارند و تمایل زیاد به خوشه ای شدن و تجمع دارند، به گونه ای که بعد از هم زدن در مدت کوتاهی ذرات ریز زیر میکرون به ذرات درشت تبدیل می شوند و گرانروی مذاب کاهش می یابد. تمام عناصر پایین تر از آلومینیوم در دیاگرام الینگهام مانند کلسیم، منیزیم و لیتیوم توانایی تولید فازهای شبه سیمانی و افزایش گرانروی را دارند. عناصر بالاتر از آلومینیوم در صورتی توانایی تولید اینگونه فازها را دارند که فشار بخار بالایی داشته باشند. سدیم و روی از جمله این عناصر هستند. ذرات و آخال های اکسیدی با مکانیسم های متفاوت رفتار فومی شدن را تحت تاثیر قرار می دهند. با ایجاد محل های مناسب جوانه زنی حباب، فوم پذیری را بهبود می دهند. پایداری فوم را نیز با کاهش کشش سطحی، افزایش گرانروی، تشکیل شبکه اکسیدی و کاهش سرعت نفوذ گاز از دیواره ها افزایش می دهند.