1. الأداء والعوامل الرئيسية المؤثرة على سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم عالية النقاء
نقاء عاليصبات الألمنيوم والمغنيسيومتم تطويرها على أساس سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم. والغرض من ذلك هو تحسين مقاومة التآكل والأداء في درجات الحرارة العالية لسبائك الألومنيوم، فضلاً عن مقاومة النفاذية واستقرار الصدمات الحرارية لسبائك المغنيسيوم. تقع نقطة الدفع الخاصة بها على جانب الألومنيوم من مخطط الطور الثنائي MgO-Al2O3. يتفاعل المكون الرئيسي للسبائك، Al2O3، مع MgO عند درجة حرارة عالية لتكوين السبينيل، مصحوبًا بتمدد في الحجم بنحو 7٪. من أجل قمع الضرر الناتج عن إجهاد التمدد هذا أثناء الاستخدام، اختارت الدراسة التجريبية مادتين خام مختلفتين، المغنيسيا المنصهرة والسبينيل المغنيسيوم والألومنيوم، لدراسة تأثير مقاومة الخبث للمادة. تظهر النتائج أنه عند إضافة كمية معينة من المغنيسيا، يتم تشحيم السبائك في كمية صغيرة من الطور السائل، وخاصةً عند استخدامها تحت الضغط الساكن للصلب المنصهر، يتم تقدم التلبيد التفاعلي، ويصبح الجسم السائب المشكل بتمدد السبينيل أكثر إحكاما. يمكن أن يؤدي حجم الجسيمات المناسب للمغنيسيا إلى إظهار تمدد طفيف في درجة الحرارة العالية، والحفاظ على السلامة، كما أنه مفيد في تقليل التآكل. ومع ذلك، كلما كان حجم الجسيمات الحرجة للمغنيسيا أكثر خشونة أو تجاوزت الكمية المضافة 4C، فإن التآكل يميل إلى الزيادة بسبب التمدد المفرط، والتدهور التنظيمي، واختراق الخبث بشكل أعمق.
تم تقديم السبينيل المصنع مسبقًا ليحل محل الماغنيسيا المنصهرة. تعتقد الدراسة أنه كلما زاد محتوى السبينيل النظري، كانت مقاومة التآكل للصب أفضل، بينما يكون عمق اختراق الخبث هو الأصغر عندما يكون محتوى السبينيل من 10% إلى 30%، ويتجاوز محتوى السبينيل 50%، ويزداد مع زيادة محتوى السبينيل. يكون حجم جزيئات السبينيل مع التوزيع الموحد للمسحوق الدقيق هو الأكثر فعالية في منع التقشير الهيكلي الناجم عن اختراق الخبث. وجدت الدراسة أن مكون السبينيل يلعب دورًا حاسمًا في مقاومة الخبث لكلينكر السبينيل نفسه والصب المصنوع من السبينيل المخلوط بالكوروندوم. محتوى MgO المثالي في السبينيل هو 3% إلى 5%. مسحوق السيليكون فعال أيضًا في تثبيط إجهاد التمدد للسبينيل. أظهرت الدراسات أنه في درجات الحرارة المنخفضة، ينتج مسحوق السيليكون ومسحوق MgO مواد MSH، والتي يمكن أن تمنع ترطيب البيريكليز، وتحسن سيولة الصب، وتزيد من كثافة الصب. عند درجات الحرارة المرتفعة، يجفف MSH ويتفاعل مع CaO لتوليد منتجات منخفضة الانصهار لإنتاج تشوه بلاستيكي وامتصاص إجهاد التمدد في درجات الحرارة المرتفعة. ومع ذلك، مع زيادة كمية مسحوق السيليكون، تزداد كمية الطور السائل الناتج عند درجات الحرارة المرتفعة، وتقل مقاومة الزحف في درجات الحرارة المرتفعة. في ظل ظروف ضغط الفولاذ المنصهر، تكون المادة عرضة للتلبيد الزائد والتشقق، مع المزيد من الشقوق والشقوق الأوسع والتقشير العميق. يستخدم الأسمنت ومسحوق السيليكون بشكل عام كمواد رابطة مركبة.
باختصار، تتمتع سبائك الألومنيوم والسبينيل وسبائك الألومنيوم والمغنيسيوم بتوحيد تنظيمي جيد ومقاومة للزحف في درجات الحرارة العالية واستقرار الصدمات الحرارية ومقاومة تآكل الخبث والاختراق. والفرق الرئيسي بين الاثنين هو أن الأول يقدم سبينيلًا مُصنّعًا مسبقًا، والقوة بعد إطلاق النار في درجات حرارة مختلفة منخفضة، وقوة الانحناء في درجات الحرارة العالية كبيرة، واستقرار الحجم جيد، ومعدل التغيير الخطي صغير؛ يتفاعل الأخير لتشكيل سبينيل عند استخدامه في درجات حرارة عالية، والقوة بعد إطلاق النار في درجات حرارة مختلفة كبيرة، ومقاومة الزحف في درجات الحرارة العالية قوية، والكثافة كثيفة، ومعدل التغيير الخطي كبير.
2. تلف المصبوبات المصنوعة من الألمنيوم والمغنيسيوم عالية النقاء
إن المواد المصبوبة من السبينيل الألومنيوم والمواد المصبوبة من الألومونيوم والمغنيسيوم هي نفس النظام بشكل أساسي عند درجات الحرارة العالية، والمراحل البلورية الرئيسية هي الكوراندوم والسبينيل الغني بالألمنيوم. العوامل التي تؤثر على مقاومة الخبث للمواد المصبوبة معقدة للغاية، مثل نوع الفولاذ وتركيب الخبث وظروف الصهر وما إلى ذلك، ولكنها تتحكم فيها بشكل أساسي التركيب المعدني والبنية الدقيقة للمواد المصبوبة. أولاً، تشغل FeO2 وMnO3 في الخبث الملتقط من السبينيل الغني بالألمنيوم الشواغر الكاتيونية وتحل محل جزء من MgO لتكوين محلول صلب مركب من السبينيل بتركيبة نموذجية من Mg0.70Mn0.08Fe0.21Al2.00O4. يُظهر تحليل مسبار الإلكترون أن قابلية ذوبان Fe و Mn في الحالة الصلبة في السبينيل ذي الحبيبات الدقيقة في نفس المنطقة هي نفسها تقريبًا، في حين أن محتوى عناصر Fe و Mn على حافة جزيئات السبينيل الأكبر حجمًا أعلى بكثير من المحتوى الموجود في داخل الجزيئات. يُظهر التحليل الكيميائي وتحليل حيود الأشعة السينية للعينات بعد تآكل الخبث أيضًا أن ثابت الشبكة للسبينيل ينخفض تدريجيًا من سطح العمل إلى الداخل، وهو ما يتوافق مع تغير محتوى Fe2O3 في كل طبقة. مع انخفاض قابلية ذوبان Fe2O3 في الحالة الصلبة في كل طبقة، يصبح ثابت الشبكة وكثافة حيود السبينيل أقرب إلى سبينيل الطبقة الأصلية. يمتص الكوراندوم CaO في الخبث لتوليد معادن ألومينات الكالسيوم وتصلبها. يُظهر ملاحظة المجهر الضوئي وجود دوائر تفاعل ألومينات الكالسيوم تشبه الصفائح على حواف جزيئات الكوراندوم في طبقة اختراق العينة، وهناك عدد كبير من معادن CA6 الشبيهة بالإبر في المصفوفة. يعزز SiO2 تبلور ونمو CA6، مما يجعل المسام أدق ويشكل طبقة حاجزة أكثر كثافة. الخبث المتبقي غني بـ SiO2 ويصبح لزجًا ويصعب اختراقه. على عكس المصبوبات المصنوعة من الألومنيوم والمغنيسيوم، على الرغم من أن المصبوبات المصنوعة من الألومنيوم والمغنيسيوم تشكل مراحل أكثر سيولة عند درجات حرارة عالية، فإن حبيبات السبينيل المشكلة حديثًا من MgO و Al2O3 دقيقة ولديها العديد من العيوب ولها ثابت شبكي صغير. يجعل SiO2 السبينيل أكثر تفتتًا، ويعزز المحلول الصلب لـ Al2O3 في السبينيل، ويشكل سبينيل غني بالألمنيوم بتركيز أعلى من عيوب الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، فإن المصبوب أكثر كثافة أيضًا، وبالتالي فإن مقاومة الخبث، وخاصة مقاومة اختراق الخبث، متفوقة.
