- Sulametallien ultraäänikaasunpoisto jopa 2 300 °C:seen asti ja sulan lasin
- Maanantai - perjantai: 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226 st. TV. - 2100 Kööpenhamina - Tanska
Alumiinivalu: Ultraäänitekniikka vähentää TiB-jyvänjauhimen käyttöä
Mikä on viljanjalostus?
Alumiinin raerakenne jalostuu jähmettymisen aikana pienemmiksi ja tasaisemmiksi rakeiksi. Alkuperäinen valetun alumiinin raerakenne on karkea ja siinä on suuria, dendriittisiä jyviä. Tämä johtuu hitaasta ydintymisestä ja nopeasta kasvusta sulan alumiinin jäähdytyksen aikana. Tällainen raerakenne johtaa lujuuden, venyvyyden ja halkeilun heikkenemiseen. Suuret rakeet mikrosegregaation läsnä ollessa aiheuttavat mekaanista anisotropiaa ja jännityskeskittymistä. Tämä tekee materiaalista alttiimman kuormitusvaurioille.
Hienorakeiset rakenteet parantavat alumiiniseoksen mekaanisia ominaisuuksia. Hall-Petch-suhteen kautta hienorakeisuus (muutama mikrometri) lisää myötöä ja vetolujuutta estäen samalla dislokaatioiden liikkumisen. Hienorakeisuus parantaa venyvyyttä lisäämällä raerajan pinta-alaa, mikä absorboi ja jakaa jännitystä uudelleen ja vähentää halkeamien syntymistä ja etenemistä. Se tekee myös ominaisuuksista isotrooppisempia suorituskyvyn yhdenmukaisuuden varmistamiseksi. Hienorakeiset mikrorakenteet ovat välttämättömiä lentokoneiden ja autoteollisuuden osille. Siinä paino ja lujuus ovat avainasemassa. Hienorakeisuus tekee materiaalista tasaisemman ja ennustettavamman, mikä parantaa työstettävyyttä ja pinnanlaatua.
Titaaniboori-TiB:n rooli sulan alumiinin raejauheena
Titaaniboori (TiB) vaikuttaa jähmettymisen ydintymiseen ja jalostaen sulaa alumiinirakeita. Se tarjoaa ydintymiskohtia hienolle, tasa-akseliselle raerakenteelle. TiAl₃-hiukkaset ja boridiyhdisteet, kuten TiB₂, jotka muistuttavat alumiinia kristallografiassa, toimivat vahvoina ydintymislähteinä. Ne pienentävät ydintymisen energiaestettä, helpottavat rakeiden muodostumista ja estävät dendriittisten rakenteiden kasvua. Näin ollen monet pienet, tasaisesti jakautuneet rakeet hallitsevat jähmettymistä muutaman suuren sijaan.
TiB reagoi kemiallisesti alumiinisulateen kanssa jähmettymisen aikana. TiAl₃-hiukkaset syntyvät titaanin ja alumiinin välisestä sulareaktiosta. Vaikka ne ovat epästabiileja korkeissa lämpötiloissa, nämä hiukkaset yhdistyvät boorin kanssa muodostaen TiB₂:tä ja tehden niistä ydintymisaineita. Vakaan kuusikulmaisen rakenteensa ja alumiinin kanssa läheisen hilarakenteensa ansiosta TiB₂ edistää heterogeenistä ydintymistä. Boridihiukkasten muodostuminen jähmettymisrintamalla mahdollistaa pienten, lukuisten rakeiden muodostumisen. TiB₂-hiukkaset toimivat nopeasti ytiminä, joiden ympärille alumiiniatomit jähmettyvät. Se antaa hienostuneen mikrorakenteen.
TiB:n käytön haasteet
Taloudelliset ja ympäristölliset huolenaiheet
Titaanidioksidin (TiB), mukaan lukien TiB₂:n, korkea hinta vaikuttaa alumiinin jalostuksen tuotantokustannuksiin. Titaani, kallis metalli, tekee titaaniboraattiseoksista kalliita. Raaka-aineiden korkeat kustannukset ja energiaintensiiviset menetelmät tekevät titaanidiboraattiseosten tuotannosta alumiinin jalostusta varten kalliin liiketoiminnan. Se on vaikeaa katteiden rajoittamilla aloilla tai paikoissa, joissa raaka-aineiden saatavuus on rajallista. Esimerkiksi titaanin markkinaolosuhteet voivat vaikuttaa titaanidibroidien hintoihin, mikä jättää valmistuskustannukset epävakaiksi. Tällainen volatiliteetti voi vaikeuttaa alumiinituotteiden hinnoittelua yhdenmukaisesti halvempiin AlTiB-esiseoksiin verrattuna.
Ympäristönäkökohdat ovat myös tärkeitä käytettäessä titaanibooria viljan jauhamiseen. Titaanibooripohjaiset tuotteet voivat päästää titaani- ja boorikemikaaleja ympäristöön, mikä vaikeuttaa valmistusta ja hävittämistä. Vaarallisten kemikaalien ja jätteiden hallinnassa titaaniboorin valmistuksen aikana on vältettävä ympäristön saastumista. Käytettyihin titaaniboorituotteisiin voi valua haitallisia komponentteja maaperään ja veteen, mikä tekee hävittämisestä ongelmallista. Erityiset hävitysmenetelmät, mukaan lukien valvottu kaatopaikkasijoitus tai kierrätys, lisäävät ympäristövaikutuksia ja käyttökustannuksia. Hallitusten ja ympäristöjärjestöjen sääntelyvaatimukset kestävämmästä metallurgiasta ovat myös kasvussa. Siksi titaaniboori (TiB) saattaa olla vähemmän houkutteleva kuin viljanjauhin, jolla on pienemmät ekologiset riskit.
TiB-jyväjauhimen tekniset rajoitukset sulassa alumiinissa
Ylijauhatuksen tai epätasaisen raekoon voi teknisesti rajoittaa alumiinin titaaniboraattiraejauhatusta. Titaaniboraatin raejauhatustehokkuus riippuu tarkasta pitoisuudesta ja jakautumisesta alumiinisulassa. Korkeat titaaniboraattipitoisuudet voivat jauhaa rakeet liian hienoiksi, jolloin ne ovat liian hienojakoisia. Se voi tehdä alumiinista liian haurasta useisiin käyttötarkoituksiin. Toisaalta epätasainen titaaniboraatin jakautuminen voi aiheuttaa vaihtelua alumiinin raekoossa. Materiaalin lujuuden ja venyvyyden vaihtelu voi aiheuttaa vikoja keskeisissä sovelluksissa, kuten ilmailu- ja avaruustekniikassa sekä autoteollisuuden komponenteissa. Rakeiden jauhatusprosessin valvonta ja säätäminen ihanteellisen tasapainon saavuttamiseksi on monimutkaista ja vaatii päteviä operaattoreita.
Väärä titaanidioksidikäsittely voi myös aiheuttaa sulkeumia tai vikoja lopullisessa alumiinituotteessa. Sulan liukenemattomat titaanidioksidihiukkaset voivat käyttäytyä jännityskeskittäjinä ja aiheuttaa ennenaikaisen hajoamisen kuormituksen alaisena. Se on ongelmallista tehokkaissa sovelluksissa, joissa vaaditaan materiaalin eheyttä. Esimerkiksi ilmailu- ja avaruusteollisuuden osat saattavat menettää väsymislujuutensa jopa pienten sulkeumien vuoksi. Titaanidioksidisulkeumat voivat haitata valssausta tai pursotusta ja aiheuttaa halkeamia tai pintavikoja. Sula on sekoitettava hyvin ja lämpötilaa on säädettävä tällaisten riskien vähentämiseksi. Titaanidioksidi on kuitenkin kaksiteräinen miekka alumiinirakeiden jalostuksessa, koska tällaiset rajoitukset lisäävät työn monimutkaisuutta ja kustannuksia.
Ajan myötä TiB₂-hiukkaset voivat pudota lämpölämmitysuunin pohjalle. Tämä heikentää niiden raejauheen tehokkuutta, jota kutsutaan "häipymisvaikutukseksi". Pitkät lämpölämmitysajat teollisissa toiminnoissa pahentavat tätä ongelmaa. Myös muut seosaineet voivat vaikuttaa TiB-raejauhimen tehokkuuteen. Esimerkiksi kromi, zirkonium ja litium voivat aiheuttaa "myrkytysvaikutuksen". TiB₂ voi reagoida muiden alumiinisulassa olevien alkuaineiden kanssa. Se voi tuoda ei-toivottuja faaseja tai yhdisteitä valmiiseen seokseen. Lisäksi tutkimukset viittaavat siihen, että harvinaisten maametallien, kuten Ce:n ja La:n, lisääminen TiB-raejauhimiin saattaa parantaa ydintymistä ja johtaa hienompiin raerakenteisiin kuin pelkillä tavallisilla jauhimilla. Mutta jälleen kerran nämä muutokset aiheuttavat komplikaatioita ja lisäkustannuksia.