Alüminyum Alaşımlarının Dökümünde Yaygınca Kullanılan Sıvı Metal Temizleme Yöntemlerinin İncelenmesi

Abstract

Alüminyum ve alaşımlarının birçok avantajlı özelliği sayesinde metal dökümü endüstrisinde demir-çelikten sonra kendisine ikinci sırada yer bulmayı başarmıştır. Alüminyum üretimi cevherden ve hurdadan geri dönüşüm şeklinde temelde iki farklı prosesle elde edilmektedir. Alüminyumun en önemli hammaddesi boksittir ve birincil alüminyum bu cevherden elde edilir. Alüminyum üretiminde boksit cevherinden üretim, hurdadan geri dönüşüme nazaran çok daha fazla enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Üretici girdisinde de ciddi ekonomik değere sahip olan ikincil alüminyum sanayide oldukça fazla kullanılmaktadır. Ancak geri dönüşüm yoluyla ikincil alüminyum kullanımında karşılaşılan en önemli problemler sıvı metal kalitesinin optimizasyonu ve ilave sıvı metal işlemlerinin gereksinimidir. Yüksek kaliteli alüminyum dökümler üretmek için, çözünmüş hidrojenin, çift katlı oksit filmlerinin (bifilm), katışkıların (inklüzyon) ve safsızlıkların (empürite) arındırılması gerekmektedir. Bu amaçla endüstride birçok sıvı metal temizleme yöntemi kullanılmakta ve her geçen gün alternatif yeni yöntemler geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Bu derlemede de bu perspektiften bakılarak, alüminyum ve alaşımlarının dökümünde güncel olarak yaygınca kullanım bulan sıvı metal temizleme yöntemlerinden; flaks kullanımı, rotary (döner tip) gaz giderme, kontrollü katılaştırma yöntemi, elektromanyetik yönlü gaz giderme, sprey gaz giderme, ultrasonik gaz giderme yöntemi, vakumlu gaz giderme yöntemleri ele alınmıştır.

Keywords

• Alüminyum döküm
• metal temizleme
• bifilm
• inklüzyon
• temizleme yöntemleri

Investigation of Liquid Metal Cleaning Methods Commonly Used in the Casting of Aluminum Alloys

Abstract

Owing to several advantageous properties of aluminium and its alloys, this engineering alloy family has succeeded in finding itself the second place after iron and steel in metal casting industry. Production of aluminum is basically obtained by two different processes: recycling and ore. Bauxite is the leading raw material of aluminum, and primary aluminum is obtained from this ore. In addition, aluminum production from bauxite ore requires much more energy than recycling from scrap. Also, secondary aluminum having a serious economic value as a raw material for the manufacturers is widely used in the industry. However, the most important problems encountered in the use of secondary aluminum through recycling are the optimization of the liquid metal quality and the requirement of additional liquid metal processes. To produce high quality aluminum castings, the liquid metal is needed some compulsory phenomena such as free of dissolved excess hydrogen, double oxide surface films (bifilms), inclusions and impurities. For this purpose, many liquid metal cleaning methods are used in the industry and alternative new methods are being developed every day. In this review, the liquid metal cleaning methods that are widely used in the casting of aluminum and its alloys, namely the flux usage, rotary degassing, controlled solidification method, electromagnetic directional degassing, spray degassing, ultrasonic degassing method, and vacuum degassing method are discussed from the contemporary pespective.

Keywords

• Aluminum casting
• metal cleaning
• bifilm
• inclusion
• cleaning methods

References

1. Alan, S. 2008. Alüminyum Raporu, Orta Anadolu İhracatçı Birlikleri Genel Sekreterliği, S. 30.
2. Atwood, R. C., Srıdhar, S., Zhang, W., Lee, P.D. 2008. Diffusion-Controlled Growth Of Hydrogen Pores İn Aluminium-Silicon Casting: In Situ Observation And Modelling, Acta Materialia., 48: 405-417.
3. Brooks, C.R. 1984. Heat Treatment, Structure And Properties Of Nonferrous Alloys, Asm, Ohio, Usa, 115-137.
4. Campbell, J. 2004. Castings Practice The 10 Rules Of Castings, Butterworth Heinemann, Oxford, United Kingdom, 9-113.
5. Chen, W.F., Luı, E.M. 2005. Handbook Of Structural Engineering, Crc Press, ABD.
6. Chıesa, F., Regımbal, P. 2001. Distinguishing Microporosity From Macroshrinkage When Modelling Solidificaiton Of A356 Castings, Afs Transactions., 109: 347-357.
7. Çolak M, Kayikci R, Dispinar D. 2016. Melt Cleanliness Comparison Of Chlorine Fluxing And Ar Degassing Of Secondary Al-4Cu. Metallurgical And Materials Transactions B, 47: 2705-2709.
8. Dıspınar, D., Campbell, J. 2009. Alüminyum Ve Alaşımlarının Döküm Kalitesinin Belirlenmesi, Alüminyum Sempozyumu, İstanbul, 394–404.

9. Dıspınar, D., Nordmark, A., Dı Sabatıno, M., Arnberg, L. 2009. Alüminyum ve Alaşımlarının Dökümü Sırasında Gaz Giderme İşlemi Ve Döküm Kalitesi Üzerine Etkileri, Alüminyum Sempozyumu, İstanbul, 405–410.
10. Dıspınar, D., Campbell, J., Porosity. 2011. Hydrogen And Bifilm Content İn Al Alloy Castings, Materials Science And Engineering A 528, 3860–3865.
11. Dıvandarı, M., Campbell, J. 1999. The Mechanism Of Bubble Damage İn Castings, 1st International Conference On Gating, Filling And Feeding Of Aluminum Castings Afs Society., 49–63.
12. Dong Y, Shuaı S, Zheng T, Cao J, Chen C, Wang J, Ren Z. 2020. In-Situ Observation Of Solid-Liquid İnterface Transition During Directional Solidification Of Al-Zn Alloy Via X-Ray İmaging. Journal Of Materials Science & Technology, 39: 113-123.
13. Erman C. 2019. Birincil Alüminyum Üretimine Genel Bir Bakış, Metalurji Dergisi, Sayı:156, Sayfa 34-48.
14. Ertan S, Kavaklıoğlu B, Büyükakkaş F. 2003. Alüminyum Sıvı Metal Temizliğinde Kullanılan Flakslar, 2. Aluminium Symposium, Seydişehir, Konya.
15. Eskin, D., Alba-Baena, N., Pabel, T., da Silva, M., 2015. Ultrasonic degassing of alu-minium alloys: basic studies and practical implementation. Mater. Sci. Technol.31, 79–84.
16. Eskin, D.G., Tzanakis, I, Wang, F., Lebon, G.S.B., Subroto, T., Pericleous, K., Mi, J. 2019. Fundamentals studies of Ultrasonic melt processing. Ultrasonics - Sonochemistry 52, 455–467.
17. Eskin, G.I., 1965. Ultrasonic Treatment of Molten Aluminum. Metallurgiya, Moscow.Eskin, G.I., 1995. Cavitation mechanism of ultrasonic melt degassing. Ultrason.Sonochem. 2, 137–141.
18. Eskin, G.I., 2002. Device for ultrasonic treatment of light alloy melt. Russian PatentRU2186147, July 27, 2002.
19. Eskin, G.I., Eskin, D.G., 2014. Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts, second ed.CRC Press, Boca Raton.
20. Eskin G.I., Ultrasonic Treatment of Molten Aluminium, second ed., Metallurgiya, Moscow, 1988.
21. Eskin G.I., Eskin D.G., Ultrasonic Treatment of Light Alloys Melts, second ed., CRC Press, Boca Raton, 2015.
22. Fuchs, F. J. 2014. “Ultrasonic Cleaning: Fundamental Theory and Application,” http://www.mrclab.com/ Media/Uploads/Principles_of_ultrasonic_cleaning(1).pdf, son erişim tarihi: 26.08.2014
23. FOSECO, 2015. “FDU Foundry Degassing Unit - Kullanım Kılavuzu”.
24. Gallo, R. 2010. Circumstances Of The Automotive Industry Impact On Aluminium Foundries, American Foundry Society, Schaumburg, Il Usa, Paper 10.004, Page 1 Of 17, Afs Proceedings.
25. Gruzleskı Je, Closset Bm. 1990. The Treatment Of Liquid Aluminum-Silicon Alloys, American Foundrymen’s Society. Inc. Des Plaines, Illinois, Usa.
26. Kaufmann, J.G., Rooy, E.L. 2005. Aluminum Alloy Castings, Properties, Processes, And Applications, Asm International, American Foundry Society, Usa.
27. Lapham, D.P., Schwandt, C., Hılls, M.P., Kumar, R.V., Fray, D.J. 2002. The Detection Of Hydrogen İn Molten Aluminium, Ionics, 391-401.
28. Lee P, Hunt J.2001. Hydrogen Porosity İn Directionally Solidified Aluminium Copper Alloys: A Mathematical Model. Acta Materialia, 49: 1383-1398.
29. Lıu X, Zhang C, Zhang Z, Xue J, Le Q. 2017. The Role Of Ultrasound İn Hydrogen Removal And Microstructure Refinement By Ultrasonic Argon Degassing Process. Ultrasonics Sonochemistry, 38: 455-462.
30. Nı Hj, Sun B, Jıang Hy, Dıng Wj. 2003. Effects Of Rotating İmpeller Degassing On Microstructure And Mechanical Properties Of The A356 Scraps. Materials Science And Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure And Processing, 352: 294-299.
31. Mayr, E. 2011. Global Aluminium Frp Industry, 4th Aluminium Outlook Conference, Chicago.
32. Meıdanı An, Hasan M.A. 2004. Study Of Hydrogen Bubble Growth During Ultrasonic Degassing Of Al–Cu Alloy Melts. Journal Of Materials Processing Technology, 147: 311-320.
33. Öztürk M. 2005. Kullanılmış Alüminyum Malzemelerinin Geri Kazanılması, Çevre Ve Orman Bakanlığı, Ankara.
34. Ren Ys, Ma Wh, Weı Kx, Yu Wz, Daı Yn, Morıta K. 2014. Degassing Of Aluminum Alloys Via The Electromagnetic Directional Solidification. Vacuum, 109: 82-85.
35. Sımulator Bd, Holıday Eds. Portable Rotary Degasser Lowers Aluminum Refining Cost. Simulation, 2021.
36. Tan E, Tarakcılar A, Dıspınar D, Colak M, Kayıkcı R. 2011. Reproducibility Of Reduced Pressure Test Results İn Testing Of Liquid Aluminum Gas Levels, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 16-18.
37. Tiryakioğlu M, Staley Jt, Campbell J. 2004. Evaluating Structural İntegrity Of Cast Al–7% Si–Mg Alloys Via Work Hardening Characteristics: Iı. A New Quality İndex. Materials Science And Engineering: A, 368: 231-238.
38. Utıgard T. 1988. The Properties And Uses Of Fluxes İn Molten Aluminum Processing. Jom, 50: 38-43.
39. Wu R, Shu D, Sun B, Wang J, Lı F, Chen H, Lu Y. 2005. Theoretical Analysis And Experimental Study Of Spray Degassing Method. Materials Science And Engineering: A, 408: 19-25.
40. Xu Hb, Jıan Xg, Meek Tt, Han Qy. 2004. Degassing Of Molten Aluminum A356 Alloy Using Ultrasonic Vibration. Materials Letters, 58: 3669-3673.
41. Yılmaz, M. 2013. Türkiye Alüminyum Sektörünün 2023 Projeksiyonu, Türk Döküm Dergisi, Sayı 29, Sayfa, 62-69, Ekim-Kasım-Aralık.
42. Yüksel Ç. 2016. Alüminyum Alaşımlarının Sıvı Metal Kalitesinin Arttırılması. Doktora Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
43. Zeng J, Gu P, Wang Y. 2012. Investigation Of Inner Vacuum Sucking Method For Degassing Of Molten Aluminum. Materials Science And Engineering: B, 177: 1717-1720.
44. Zhao L, Pan Y, Lıao H, Wang Q. 2012. Degassing Of Aluminum Alloys During Re-Melting. Materials Letters, 66: 328-331.