Флюс для литья алюминия

Содержание

Как флюсы чистят алюминий

Термин «флюсование» применяют для описания всех обработок алюминиевого расплава, в которых применяются химические соединения [1]. Эти соединения обычно являются неорганическими и могут выполнять несколько функций, такие как, дегазация, снижение содержания магния, очистка от загрязнений и легирование. «Флюсование» также включает обработку расплава инертными или реактивными газами для удаления включений или газообразных загрязнений металла [1].

Химический состав флюсов

Флюсы в твердом состоянии, в виде порошка, хлопьев или гранул, обычно состоят из хлористых и фтористых солей с дополнительными добавками для придания им специальных свойств.

Большинство флюсов основаны на смеси солей KCl и NaCl, которые образуют низкотемпературную (665 ºС) эвтектику. Другим частым ингредиентом флюсов является фторид натрия NaF, который образует тройную эвтектику с KCl и NaCl с точкой плавления 607 ºС. Обычный покровный флюс содержит около 47,5 % NaCl, 47,5 % KCl и 5 % фтористой соли. Низкая температура плавления является важной, так это повышает текучесть флюса.

Роль фторидов во флюсах

Фтористые соли щелочных металлов действуют как поверхностно-активные вещества, снижающие поверхностное натяжение между флюсом и металлом, с одной стороны, и флюсом и оксидами, с другой. Хлористые соли проявляют это свойство в меньшей степени [1].

Фтористые соли щелочных металлов имеют способность растворять оксиды (хотя и в очень малой степени), что облегчает им проникновение в оксидные пленки в шлаке и наростах на стенках плавильной печи. Это приводит к улучшению смачиваемости, что способствует отделению оксидных включений от расплава и металлического алюминия от шлака.

Экзотермические флюсы

Добавки нитратов, таких как KNO3, приводит к выделению тепла. Эти флюсы являются экзотермическими. Выделившийся в результате разложения нитратов кислород реагирует с металлическим алюминием с образованием Al2O3 и значительным количеством тепла. Это локально увеличивает текучесть, способствуя отделению металла от оксидов. Для флюсов, которые применяются для чистки печей, эта реакция повышает проникновение флюса в наросты на стенке печи.

Флюсы для дегазации

Некоторые соединения разлагаются с выделением газов, например, хлора или углекислого газа. Если такие флюсы ввести под поверхность расплава, они образуют пузыри, которые снижают содержание водорода в расплаве. Наиболее известным из таких соединений является гексахлорэтан (C2Cl6), который выделяет хлор Cl2 и газообразное соединение AlCl3.

Пайка алюминия паяльником и газовой горелкой

Существует распространенное убеждение, согласно которому невозможно паять или лудить алюминий (а также сплавы на его основе) не имея для этого спецоборудования.

В качестве аргумента приводится два фактора:

  1. при контакте с воздухом на поверхности алюминиевой детали образуется химически стойкая и тугоплавкая оксидная пленка (AL2O3), в результате чего создается препятствие для процесса лужения;
  2. процесс пайки существенно осложняется тем, что алюминий расплавляется при температуре 660°С (для сплавов это диапазон в пределах от 500 до 640°С). Помимо этого металл теряет прочность, когда в процессе нагрева его температура поднимается до 300°С (у сплавов до 250°С), что может вызвать нарушение устойчивости алюминиевых конструкций.

Учитывая приведенные выше факторы, осуществить пайку алюминия обычными средствами действительно невозможно. Решить проблему поможет применение сильнодействующих флюсов, в сочетании с использованием специальных припоев. Рассмотрим подробно эти материалы.

Как плавить алюминий в домашних условиях

Как плавить алюминий в домашних условиях

Долгие годы алюминий применяется в быту и промышленности. Благодаря его свойствам, из него можно делать разнообразные изделия.

Плавить алюминий допустимо в домашних условиях, так как для этого не нужна высокая температура. Для проведения такой процедуры, нужно знать только свойства металла.

Прочитав статью, вы узнаете, как происходит плавка алюминия в домашних условиях — пошаговая инструкция.

Плавка алюминия в домашних условиях: пошаговая инструкция. Технология плавки алюминия в домашних условиях

Алюминий – один из самых распространенных металлов на земле. Он присутствует даже в человеческом организме, так что уж говорить об окружающей действительности. В каждом доме или личном автомобиле есть алюминиевые функциональные элементы, детали или узлы, которые, увы, достаточно часто ломаются. Это мебельная и оконная фурнитура, направляющие для дверей и ставен, защелки замков и другие нужные мелочи.

Их можно заменить покупными новыми изделиями, отремонтировать или изготовить самостоятельно. В последних двух случаях и может понадобиться плавка алюминия в домашних условиях.

Инструкция по плавке алюминия в бытовых условиях

Алюминий используется в быту и промышленности на протяжении многих лет. Свойства материала позволяют создавать разнообразные изделия. Плавка алюминия может выполняться в домашних условиях, поскольку для этого не требуется высокая температура. Свойства металла нужно знать, чтобы правильно провести такую процедуру.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Специальный порошкообразный комплексный флюс для оловянных бронз рекомендуется для очистки и переплава шихтовых материалов из медных сплавов (оловянных и алюминиевых бронз, латуней), в том числе при плавке загрязненной шихты (масла СОЖ, окисленные материалы и т.д.). Обеспечивает рафинирование сплава оловянистой бронзы, выводит окислы и неметаллические включения в шлаковую фазу, минимизирует потери металла со шлаком, обеспечивает образование сухого порошкообразного шлака. Расход: 0,05. 0,1% к массе жидкого расплава (в зависимости от загрязненности шихты); при металлургическом переплаве 0,2…1,0% от массы металлозавалки.

Как водород и оксиды попадают в алюминиевый расплав

Реакция алюминия с водой

Водород и оксиды являются обычными загрязнениями в алюминиевом расплаве. Их источником является вода из атмосферы. Реакция между алюминиевым расплавом и водой показана на рисунке 1. При этом оксиды алюминия могут кристаллизоваться в очень твердый корунд с кристаллической структурой, которая показана на рисунке 2. Это может происходить, например, на стенке плавильной печи.


Рисунок 1 – Реакция образования оксидов и водорода в алюминиевом расплаве [2, 3]


Рисунок 2 – Кристаллическая структура корунда [2, 3]

Как возникают водородные пузыри

Когда алюминий затвердевает, растворимость атомарного водорода в нем резко падает (рисунок 3). В результате этого атомы водорода объединяются в молекулы и в затвердевшем металле возникают пузыри. На рисунке 4 схематически показан процесс образования оксидов и возникновения пузырей водорода.


Рисунок 3 – Растворимость водорода в алюминии [2, 3]


Рисунок 4 – Образование оксидов и атомарного водорода в алюминиевом расплаве. Возникновение пузырей водорода в затвердевшем алюминии [3]

Атмосферная влага реагирует с алюминиевым расплавом с образованием оксидной пленки и атомарного водорода в между атомами алюминия. Оксиды не остаются только на поверхности, часть их попадает также в расплав и, когда температура снижается, около этих оксидов возникают водородные пузыри.

В процессе разливки на поверхности алюминия находится оксидная пленка. Часть оксидов попадает внутрь расплава. Эти оксиды могут иметь форму пленок с очень большим соотношением длины и ширины к толщине. Некоторые из этих пленок могут содержать внутри себя капли алюминия [2, 3].

Выделение водорода c образованием пузырей, происходит на внутренних дефектах расплава и кристаллической решетки алюминия. Оксиды при этом действуют как зародыши этих пузырей (рисунок 5).

Рисунок 5 – Образование водородного пузыря около оксидной пленки [2, 3]

Припой

Обычно в качестве основы легкоплавкого припоя используются: олово (Sn), свинец (Pb), кадмий (Cd), висмут (Bi) и цинк (Zn). Проблема в том, что алюминий в этих металлах практически не растворяется (за исключением цинка), что делает соединение ненадежным.

Применив флюс с высокой активностью и проведя должным образом обработку мест соединения, можно использовать припой на оловянно-свинцовой основе, но лучше отказаться о такого решения. Тем более, что паянное соединение на основе системы Sn-Pb обладает низкой устойчивостью к коррозии. Нанесение лакокрасочного покрытия на место пайки позволяет избавится от этого недостатка.

Для пайки алюминиевых деталей желательно использовать припой на основе кремния, меди, алюминия, серебра или цинка. Например 34A, который состоит из алюминия (66%), меди (28%) и кремния (6%), или более распространенный ЦОП-40 (Sn – 60%, Zn – 40%).

Припой отечественного производства – ЦОП-40

Припой отечественного производства – ЦОП-40

Заметим, что чем больше процентное содержание цинка в составе припоя, тем прочнее будет соединение и выше его устойчивость к коррозии.

Высокотемпературным считается припой, состоящий из таких металлов, как медь, кремний и алюминий. Например, как упомянутый выше отечественный припой 34A, или его зарубежный аналог «Aluminium-13» , в котором содержится 87% алюминия и 13% кремния, что позволяет осуществлять пайку при температуре от 590 до 600°С.

«Aluminium-13» производства компании Chemet

«Aluminium-13» производства компании Chemet

При выборе флюса необходимо учитывать, что не каждый из них может быть активным к алюминию. Мы можем порекомендовать использовать в таких целях продукцию отечественного производителя – Ф-59А, Ф-61А, Ф-64, они состоят из фторборатов аммония с добавлением триэтаноламина. Как правило, на пузырьке есть пометка – «для алюминия» или «для пайки алюминия».

Флюс отечественного производства

Флюс отечественного производства

Для высокотемпературной пайки следует приобрести флюс, выпускаемы под маркой 34А. Он состоит из хлористого калия (50%), хлорида лития (32%), фторида натрия (10%) и хлористого цинка (8%). Такой состав наиболее оптимален, если производится высокотемпературная пайка.

Рекомендуемый флюс для паки при высокой температуре

Рекомендуемый флюс для паки при высокой температуре

Характеристика

Температура плавления материалов определяется их чистотой. Из-за своей легкости и хорошей пластичности, алюминий подходит для различных технологических процедур. Под действием высоких температур идет реакция с кислородом.

На поверхности металла появляется оксидная пленка, защищающая его от окисления и коррозии. Во время плавления алюминий изменяет свою структуру, поэтому защитное покрытие ему необходимо. При резком охлаждении появляется дополнительное внутреннее напряжение и усадка.

Характеристики

Чистота материалов определяет температуру их плавления. Алюминий пригоден для проведения разных технологических процедур, благодаря небольшому весу и хорошей пластичности. При высокой температуре происходит взаимодействие с кислородом. На поверхности металла возникает оксидная пленка, которая защищает его от коррозии и окисления. Плавление алюминия способствует изменению структуры вещества, поэтому защитное покрытие полезно для него. Усадка и дополнительное внутреннее напряжение появляется при резком охлаждении.

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Сфера применения оловянные бронзы (БрОФ, БрОЦС4, ОЦС555 и т.п.)
Известные аналоги PROBAT-FLUSS EXTRA NS (Германия)
Форма выпуска порошкообразный препарат упакован в герметичные полиэтиленовые пакеты по 1 кг
Количество в таре / Упаковка 20 кг – картонный ящик (масса брутто 20.3 кг)
Срок хранения 12 месяцев
Код ТН ВЭД 3824 99 650 0
Цена (ориентировочно) 78 RUB/кг

Особенности технологического процесса

Тигель — это тугоплавкая емкость для разогрева металла. Используются изделия из таких материалов:

  • Фарфор.
  • Сталь.
  • Чугун.
  • Корунд.

В бытовых условиях применяется готовый тигель или емкость из широкой железной трубы. Чтобы изготовить ее, потребуется болгарка и сварочное оборудование. Объем тигля выбирается индивидуально, емкость прогревается равномерно, измельченный металл плавится в результате теплопередачи.

Перед термообработкой нужно уменьшить температуру плавления, чтобы состояние металла менялось быстрее. Для этого алюминий дробят на мелкие фрагменты. Воспламенение или окисление происходит часто после такого измельчения. Состояние образовавшегося оксида алюминия меняется при более высоких температурах. Это вещество удаляется вместе с другими шлаками после переплавки основного металла.

Инструкция по плавке алюминия в бытовых условиях

В процессе термообработки придется избегать попадания жидкости в тигель. Резкое испарение воды становится причиной взрыва. При погружении металла в емкость необходимо убедиться в том, что на нем отсутствует влага. Чаще всего плавят алюминиевую проволоку. Сначала материал делится на фрагменты ножницами, затем сдавливается пассатижами. Такой способ позволяет предотвратить воздействие кислорода на металл. Если нет необходимости в получении деталей высокого качества, измельчать сырье не нужно.

Технологию литья придется смоделировать самостоятельно при необходимости получить расплавленный алюминий в бытовых условиях. Материал предварительно очищается от грязи, примесей, шлаков. Крупные заготовки делятся на несколько малых фрагментов. Метод отливки требует соблюдения инструкции: для плавки металла используется самый удобный способ. Шлак удаляется с поверхности текучего вещества. Жидкий алюминий наливают в форму, которая разбивается после затвердевания.

Подготовка поверхности

Прежде чем начинать лужение, необходимо выполнить следующие действия:

  • обезжирить поверхность при помощи ацетона, бензина или любого другого растворителя;
  • удалить оксидную пленку с места, где будет производится пайка. Для зачистки используется наждачная бумага, абразивный круг или щетка с щетиной из стальной проволоки. В качестве альтернативы можно применить травление, но эта процедура не так сильно распространена в силу своей специфичности.

Следует учитывать, что полностью оксидную пленку удалить не получится, поскольку на очищенном месте моментально появляется новое образование. Поэтому зачистка производится не с целью полного удаления пленки, а для уменьшения ее толщины, чтобы упростить флюсу задачу.

Нагрев места пайки

Для пайки небольших деталей можно воспользоваться паяльником мощностью не менее 100Вт. Массивные предметы потребуют более мощного нагревательного инструмента.

Паяльник мощностью 300 Вт

Паяльник мощностью 300 Вт

Наиболее оптимальный вариант для нагрева — использование газовой горелки или паяльной лампы.

Простая газовая горелка

Простая газовая горелка

При использования горелки в качестве нагревательного инструмента следует учесть следующие нюансы:

  • нельзя перегревать основной металл, поскольку он может расплавиться. Поэтому в процессе необходимо регулярно контролировать температуру. Делать это можно, касаясь припоем нагреваемого элемента. Расплавление припоя даст знать, что достигнута необходимая температура;
  • не следует использовать кислород для обогащения газовой смеси, поскольку он способствует сильному окислению металлической поверхности.

Распространённые виды

Имея в наличии специальный высокотемпературный паяльник и такой же припой, алюминий можно спаять, к примеру, с использованием канифоли.

Канифоль

Хотя канифоль является простейшим органическим флюсом, такой способ пайки требует отсека, из которого откачан воздух. Самостоятельно в домашних условиях спаять алюминий в безвоздушной среде весьма затруднительно. Жало паяльника обработано так, что на его конце имеется специальная канавка, облегчающая зачистку алюминиевой проволоки.

Порошковые

Чтобы избежать данных затруднений, и придуманы высокоактивные флюсы. Один из таких видов – порошковый состав. Пайка с его помощью требует паяльной лампы – газовой горелки, создающей концентрированный, узконаправленный поток пламени. Но отдельно вводить кислород в пламя запрещается – флюс быстро выгорает, а на спаиваемых деталях в точке соединения образуется новая окисная пленка.

Простейшие порошковые флюсы – лимонная и ацетилсалициловая кислоты. При пайке они выделяют большое количество паров, содержащих органические соли на основе этих кислот. Вдыхание этих паров небезопасно. Альтернатива – высокотемпературный порошковый флюс на основе натриевой соли борной кислоты: только при температуре свыше 700 градусов он приобретает вязкость, и его применение для алюминиевых сплавов весьма ограничено.

Паяльный жир можно измельчить в порошок. Он изготавливается на основе любого тугоплавкого жира, технического вазелина, парафина и иных органических реагентов, сохраняющих твёрдость при комнатной температуре. В качестве основных неорганических реагентов – вода, «очищенная» от ионов, хлорид цинка и хлорид аммония.

Жидкие

Жидкий флюс часто содержит в себе минеральную кислоту либо соль на её основе. Испарение этого флюса при пайке ещё более опасно для глаз и органов дыхания, чем всё те же лимонная и «аспириновая» кислоты.

Его основное достоинство – наивысшее качество пайки. Кислота, вступая в реакцию с алюминием, образует на его поверхности солевой слой, легко поддающийся пайке. Недостаток жидких флюсов – их остатки нужно смывать после окончания работ, чтобы не допустить коррозии.

Комбинация обработки флюсом с роторной продувкой

Процесс очистки алюминиевого расплава флюсами может комбинироваться с роторной газовой продувкой. При такой обработке гарантируется оптимальная дегазация, удаление оксидов и получение шлака с низким содержанием алюминия (рисунок 7).

Без подачи флюса такая роторная обработка не столь эффективна для удаления оксидов и, кроме того, приводит к образованию шлака с высоким содержанием алюминия (рисунки 8 и 9).

Рисунок 7 – Обработка алюминиевого расплава флюсом, содержащим фториды,
совместно с роторной продувкой (дегазацией) [3]

Рисунок 8 – Алюминиевый расплав без обработки флюсами и роторной дегазации [3]

Рисунок 9 – Роторная продувка алюминиевого расплава без подачи флюса [3]

Где можно использовать флюс Ф-64

Активный флюс для пайки алюминия Ф-64 можно применять:

  • Для спаивания скрутки алюминиевых проводов. Таким образом, можно паять алюминиевые и медные провода обычным паяльником. Правда мощность паяльника должна быть достаточно большой, не менее 100 Вт. В противном случае, пайка алюминия может быть затруднена.
  • Для пайки колб конденсаторов и алюминиевых радиаторов.
  • Других деталей из алюминия и его сплавов.

Отдельного внимания заслуживает вопрос о том, чем паять алюминий. Для пайки можно использовать как электрический паяльник, так и небольшую газовую горелку. Если пайка алюминия происходит с использованием электрического паяльника, то, он должен быть достаточной мощности, чтобы разогреть припой.

Где можно использовать флюс Ф-64

Так, например, для скрутки проводов сечением не более 2,5 мм², вполне хватить электрического паяльника мощностью в 40-60 Вт. При пайке более толстых жил, в 4 и более мм², уже будет нужен паяльник мощностью от 100 Вт.

При использовании любого активного флюса, в том числе и для пайки алюминия, не стоит забывать об удалении его остатков после выполнения работ. Для удаления большинства флюсов с поверхности металла достаточно воспользоваться куском мягкой ткани смоченной в обычной воде.

Средства индивидуальной защиты при плавке

плавка алюминия в домашних условиях флюсы

Плавка алюминия в домашних условиях – процесс небезопасный. Поэтому нужно пользоваться средствами индивидуальной защиты (СИЗ). Даже если такая плавка нужна один раз на минимальном оборудовании, то по меньшей мере нужно защитить руки, например специальными перчатками сварщика, отлично предохраняющими от ожогов, ведь температура жидкого алюминия – больше 600 °С.

Глаза тоже желательно защищать, особенно если плавка происходит достаточно часто, очками или маской. И совсем в идеале работать нужно в специальном костюме металлурга с повышенной стойкостью к огню и высоким температурам.

Если нужен очень чистый алюминий с использованием рафинирующего флюса, то работать следует в химическом респираторе.

Особенности вещества

Активный флюс для пайки алюминия имеет существенные отличия от аналогичных веществ, используемых для соединения изделий из стали, латуни и меди, так же, как отличаются между собой свойства самих этих металлов. В основе состава флюса содержатся вещества, которые могут без особого труда растворять окисную пленку на поверхности алюминия. Для пайки алюминиевых изделий используются флюсы под различными номерами.

Фото: таблица флюсов

К наиболее простым относятся флюсы № 8 и 9, однако, их активность не является слишком большой по сравнению с теми, которые включают в себя соединения фтора. Выбор осуществляется, исходя из особенностей конкретной работы. Существуют флюсы, которые применяются для сварочных соединений деталей без их предварительной подготовки. Наиболее распространенным таким видом флюса является Ф-64.

Фото: флюс Ф-64

Состав флюса для пайки алюминия под номером Ф-64 способствует его повышенной активности, что позволяет с успехом очищать от оксидной пленки даже не зачищенные поверхности. Раствор является бесцветным или светло-желтым.

Какой источник тепла использовать?

Для переплавки алюминия в бытовых условиях применяются:

  • Муфельная печь, которую можно изготовить самостоятельно. Это эффективный метод, позволяющий быстро расплавить алюминий.
  • Паяльная лампа может расплавить алюминий в малых количествах.
  • Иногда используется газовый резак.

Из кирпичей сооружается очаг, каркас изготавливается из металлической емкости. Сбоку сверлится отверстие для подачи кислорода. К металлической трубке присоединяется пылесос, фен или другой прибор, нагнетающий воздух. После разведения огня тигель помещают в очаг.

Чтобы добиться лучшей термообработки, по бокам тоже выкладываются угли. Чтобы избежать потери тепла, можно соорудить крышку, оставить отверстия для выхода дыма. Если металл нужно расплавить один раз, нет необходимости оборудовать печь. Простая газовая плита поможет раскалить алюминий до нужной температуры. Небольшие куски металла плавятся примерно за полчаса.

Обычно жестяная банка применяется в качестве тигля. Чтобы добиться равномерного распределения температуры, емкость с алюминием помещают в другую банку таким образом, чтобы зазор между стенками равнялся 1 см. Чтобы обеспечить доступ пламени, нужно проделать в большой банке несколько отверстий по 3-4 см в диаметре. Рассекатель на конфорке удалять необязательно. Так можно добиться равномерного обогрева банки с металлом. Большую жестянку накрывают крышкой, чтобы тепло не выходило.

Содержание алюминия в шлаке

Шлак, который образуется на расплаве при его обработке без применения флюсов, имеет высокое содержание алюминия, обычно от 80 до 95 %. Шлак, который получен после обработки расплава флюсами, является менее плотным и имеет содержание алюминия от 15 до 35 % (рисунок 11) [2, 3].

б
Рисунок 10 – Алюминиевый шлак [2, 3]:
а – с высоким содержанием алюминия;
б – с низким содержанием алюминия

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Цвет: серый либо серо-розовый;
Плотность: 1,1 г/см3;
Влажность: Задать вопрос

Меры предосторожности

Для работы с расплавленным алюминием необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты. Все открытые участки тела, руки, лицо должны быть защищены.

СПРАВКА! Лучше всего пользоваться перчатками сварщика, они выдерживают температуру более 600 0 С. Это средство защиты является самым основным, так как возможность попадания расплавленного металла на руки очень высока.

Также лучше пользоваться очками и маской во избежание попадания раскаленных элементов на лицо и в глаза. Для защиты всего тела можно найти костюм металлурга, имеющим высокую огнестойкость. При очистке алюминия сварочных флюсом используется химический респиратор.

Как сделать своими руками?

Зачастую под рукой нет крепких минеральных кислот. Их могут заменить кислоты органические: лимонная, уксусная, ацетилсалициловая и другие. Флюс также готовится на основе любого масла, в котором не содержится большого количества воды. Чтобы выпарить из масла воду, его прогревают при температуре до 200 градусов. При более высокой температуре оно пережигается до углерода.

Если нет технического или индустриального масла, воспользуйтесь солидолом, вазелином или парафином, в который добавляется стальная или медная стружка.

Его назначение – зачистить алюминий, счистить с поверхности детали оксидную пленку, а органический наполнитель не даст кислороду вновь окислить алюминий. Это и есть самодельный флюс с медью или железом. Некоторые паяльщики применяют в качестве наполнителя китовый жир.

Поскольку цинк лучше соединяется с алюминием, хлорид цинка готовится на основе соляной кислоты. Такой простой, но весьма активный, действенный флюс может применяться не только при пайке алюминия, меди, стали и цинка. Препараты, например, содержащие соляную кислоту таблетки, продаются в аптеке – они используются пациентами, у которых нарушена выработка этой кислоты для желудочного сока.

Чтобы приготовился раствор хлорида цинка, несколько таких таблеток растворяют в дистиллированной воде, а затем опускают туда цинковые пластины, вырезанные из металлического стакана солевых батареек. Когда выделение водорода прекратится – реакция окончена, флюс готов к применению.

Чистка стенок плавильной печи от оксидов

Печь без обработки расплава флюсами

На рисунке 11 показано как оксиды могут повреждать футерованные стенки плавильной печи, если расплав не обрабатывают флюсами. В футеровке печей всегда присутствуют микротрещины. Оксиды из расплава прилипают к стенке плавильной печи, а некоторые из них проникают в микротрещины. В зависимости от времени и температуры может происходить кристаллизация оксидов в корунд, который способен расширять трещины в футеровке печи (рисунок 12). Когда этого корунда становится слишком много, он начинает попадать также и в расплав [3].


Рисунок 11 – Образование оксидных наростов на стенке плавильной печи
(без кристаллизации оксидов в корунд) [3]


Рисунок 12 – Образование оксидных наростов на стенке плавильной печи с кристаллизацией оксидов в корунд [3]

Печь с применением флюсов для обработки расплава

Если для алюминиевого расплава в печи применяется обработка флюсами, то ситуация с оксидными наростами на стеках печи совершенно другая.

Оксиды в расплаве покрыты флюсом, как показано на рисунке 13. Поэтому возникает только незначительное соединение между ними и футеровкой стенки печи. Кроме того, что очень важно, в этом случае не происходит кристаллизации оксидов в корунд. Непрочное налипание оксидов к стенке печи легко удаляется при снятии шлака с поверхности расплава.


Рисунок 13 – Флюсы в алюминиевом расплаве предотвращают рост оксидов на стенке печи и их кристаллизацию в корунд [3]

Чистка печи с наростами корунда на ее стенках

Для чистки стенок плавильной печи с наростами корунда применяют специальные флюсы (рисунок 14).

Рисунок 14 – Действие флюсов при чистке стенки печи от корунда [3]

Чистка стенок печи от корунда происходит следующим образом [2]. Перед чисткой печь должна быть почти пустой и нагретой до высокой температуры между 800 и 900 ºС. Горелки в печи выключают. Флюс для чистки печи распыляют на участки с наростами корунда и около них (рисунок 15). Печь закрывают на 30-40 минут. Затем печь открывают и производят чистку стенок обычным инструментом. При этом корунд должен легко отделяться от стенок печи.


Рисунок 15 – Операция нанесения флюса на стенки печи [2, 3]

Распространенные ошибки и как их избежать

Гипсовые формы отличаются удобством и высокой чувствительностью к влаге. Простая сушка не позволяет удалить жидкость, поэтому качество отливки ухудшается. Придется ждать несколько дней, добиться полного высыхания гипсовой формы. Алюминий нужно держать на огне до самой заливки, чтобы успеть распределить его по всей форме.

Нежелательно использовать воду для охлаждения детали. Внутренняя структура вещества при этом нарушается, появляются трещины.

Хлористый натрий и хлористый калий во флюсах

Твердые флюсы являются в основном смесью хлористых или фтористых солей с добавками, которые дают им специальные свойства. Большинство флюсов основаны на смеси KCl и NaCl, которые образуют низкотемпературную эвтектику (665 °С). Другим частым ингредиентом флюсов является NaF, который образует тройную эвтектику с KCl и NaCl с точкой плавления 607 °С. При этом температура плавления алюминия (технически чистого) составляет около 655-660 °С.

Экзотермические флюсы и флюсы на основе фторидов

Существует специальная группа экзотермических флюсов на основе нитратов. Между алюминием и нитратами происходит экзотермическая реакция с локальным повышением температуры до 2000 ºС. Под воздействием этой высокой температуры вязкость алюминия становится очень низкой, и поэтому он может легко вытекать из шлака. Недостатком здесь является то, что низкое содержание металла в шлаке достигается за счет дополнительного образования оксидов в расплаве [3].

На рисунке 16 производится сравнение воздействия на шлак экзотермических флюсов и флюсов с содержанием фторидов.


Рисунок 16 – Различия в действии экзотермических флюсов и флюсов со фтористыми солями [3]

Оба типа флюсов обеспечивают низкое содержание алюминия в шлаке, но экзотермические флюсы не только не удаляют оксиды из расплава, но даже создают новые и поэтому могут приводить к образованию корунда на стенках печи.

Самостоятельное изготовление

Имеется возможность изготовить флюс для пайки алюминия своими руками. Для изготовления подойдут вещества, которые обладают хорошей растворяемостью и антиокислительными качествами. Когда готовят флюс для алюминия своими руками, то за основу берутся спирт, кислоты, масла.

Самый простой флюс можно приготовить, растворив воде таблетку ацетилсалициловой кислоты, наиболее известной под названием аспирин. Растворять таблетку следует до исчезновения осадка. Также можно использовать гранулы лимонной кислоты.

Хороший флюс можно получить, растворив в этиловом спирте канифоль. Поскольку она растворяется медленно, то ее следует измельчить как можно более тщательно. Для завершения растворения раствор следует оставить на некоторое время. Этот процесс можно ускорить, поместив раствор в стеклянную баночку и нагревать в водяной бане до температуры 80 градусов.

Преимущество флюса, полученного из растворенной в спирте канифоли, заключается в его нейтральности, что позволяет не смывать его остатки после окончания процесса пайки. Допускается растворение не в этиловом спирте, а в глицерине. Такой флюс будет более густым и удобным при применении.

Очистка алюминиевого расплава от посторонних металлов

Некоторые металлы поддаются удалению из алюминиевых расплавов. Это – щелочные металлы и щелочноземельные металлы, такие как литий, натрий, магний, кальций или стронций [2, 3].

Металлами, которые не поддаются удалению, являются железо, фосфор, сурьма и титан. Если их содержание в сплаве слишком высоко, то единственным выходом является разбавление расплава чистым алюминием без этих элементов [2, 3].

Удаление металлов может быть выполнено путем применения газообразного хлора, который является очень ядовитым и обычно запрещенным. Альтернативой хлору являются флюсы, основанные или на хлоридах, или на фторидах. Первая группа, которая основана на хлоридах может выделять тот же самый хлор и вызывать сильный неприятный запах. Флюсы, основанных на фторидах, не вызывают сильных запахов [3].

  1. The Properties and Uses of Fluxes in Molten Aluminium Processing / T.A. Utigard et al – JOM, November, 1998
    – SCHÄFER Metallurgie GmbH
    – Industrie- und Giessereimaschinen e.K.
  • />← Previous Алюминиевый лом: сортировка сплавов
  • Монолитная футеровка печей для алюминия Next → />

Плавка с помощью паяльной лампы

Плавка алюминия в домашних условиях паяльной лампой должна происходить не в помещении. Кроме сырья, паяльной лампы, тиглей и кирпичей, нужно подготовить дрова, пассатижи и стальной прут.

плавка алюминия в домашних условиях паяльной лампой

Итак, из кирпичей изготовлен небольшой колодец так, чтобы сверху можно было установить ковш с алюминием и стальной небольшой лист. В колодце разжигается костер, который должен немного прогореть, чтобы образовались угли. Дальше и происходит, собственно, плавка алюминия в домашних условиях. Пошаговая инструкция процесса:

– На кирпичи устанавливается емкость с сырьем. Ее нужно греть примерно 15 минут.

– После этого на полную мощность включается горелка паяльной лампы и алюминий прогревается сверху.

– В течение нескольких секунд начинается процесс, но для того чтобы прогрев был равномерным, металл в емкости нужно аккуратно перемешивать стальным прутом, придерживая ее пассатижами (не забыв при этом надеть рукавицы). Можно обойтись и без прута, периодически встряхивая ковш с помощью тех же плоскогубцев, но очень осторожно.

– Когда жидкость становится однородной, нужно пассатижами взять емкость и вылить содержимое на прокаленный стальной лист таким образом, чтобы вся образовавшаяся окалина осталась в ковше, а на лист для застывания попал только чистый металл.

Так обычно из вторичного сырья получают чистый алюминий, если с его помощью нужно запаять алюминиевые детали.

Роль фтористых солей во флюсах

Фтористые соли щелочных металлов действуют как поверхностно-активные вещества, снижающие поверхностное натяжение между флюсом и металлом, а также между флюсом и оксидами. Хлористые соли, также как и AlF3 и MgF2, проявляют это свойство в значительно меньшей степени.

Фтористые слои щелочных металлов способны растворять оксиды и проникать в оксидные пленки, которые содержат металлический алюминий в шлаке и скоплениях загрязнений. Это приводит к повышению смачиваемости, что способствует отделению оксидных включений от расплава и металлического алюминия от шлака.

К сожалению, фтористые соли щелочных металлов имеют высокую температуру плавления. Это приводит к утолщению пленки жидкого флюса, что ограничивает его применение. Кроме того, утилизация солей, содержащих фтор, имеет больше проблем, чем чисто хлористые соли.

Плавка алюминия в муфельной печи

плавка алюминия в домашних условиях пошаговая инструкция

Муфельная печь – это уже достаточно серьезное оборудование для получения качественного расплавленного металла. Поэтому при плавке используют флюс для очистки алюминия от примесей. И это уже почти производственный процесс, а не плавка алюминия в домашних условиях. Пошаговая инструкция включает еще и несколько пунктов по подготовке сырья:

  • Сначала в тигле расплавляется флюс, которого нужно взять в количестве от 2 до 5 % от веса алюминия, а затем в него добавляется лом.
  • Насколько флюс активен, можно определить по поверхности расплава – она должна быть зеркальной. Если это не так, в расплав добавляется еще немного флюса, затем нужно будет добавить его перед окончанием плавки, чтобы шлак было легче удалять с поверхности металла стальной ложкой.
  • Плавку нужно вести примерно при 700-750 °С. Это температура красного свечения.
  • В процессе плавки может потребоваться добавлять сырье в тигель, так как расплавленный металл сильно уменьшается в объеме.
  • Рафинирующий флюс добавляют при необходимости в конце плавки в количестве 0,25 % от веса расплавленного металла. Выдерживание такой пропорции в домашних условиях – задача непростая. После добавления флюса расплав нужно перемешать ложкой, дать постоять около 5 минут, затем снять шлак.
  • Когда в результате нагрева алюминий превратился в однородную блестящую каплю, тигель нужно еще некоторое время подержать в печи, чтобы металл стал более текучим.
  • Затем алюминий из тигля через носик (в этот момент становится понятно, зачем нужен именно такой ковш) заливается тонкой непрерывной струйкой в форму.
  • После полного остывания форма аккуратно разделяется на половинки, из нее извлекается готовая деталь, которую еще нужно окончательно обработать: просверлить отверстия, если нужно, зачистить и наждачной бумагой отшлифовать поверхность. Вот и все. Процесс завершен.

Так что не стоит заранее пугаться, если предстоит в домашних условиях расплавить алюминиевый лом, чтобы получить чистый металл или изготовить деталь взамен поломавшейся. Серьезные профессиональные навыки для организации такого литейного производства совсем не нужны. Желание и умелые руки обычного мастера-любителя способны творить чудеса.

Роль кислорода в компонентах флюсов

Добавление во флюсы компонентов, содержащих кислород, таких как KNO3 обеспечивает выделение тепла. Кислород, который освободился при разложении нитратов, реагирует с металлическим алюминием с образованием оксида Al2O3 и выделением значительного количества тепла. Это локально повышает текучесть, способствуя отделению металлического алюминия от оксидов. В чистящих флюсах эта реакция повышает проникновение флюса в наросты на футеровке.

Флюсы, образующие газы

Некоторые твердые флюсы разлагаются на хлор, углекислый газ CO2 или такой газ, как AlF3. Если эти флюсы помещают под поверхность алюминиевого расплава, они образуют пузырьки, которые удаляют водород. Наиболее известным таким флюсом, выделяющим газ, является гексахлорэтан C2Cl6. Он образует газы Cl2 и AlCl3.

Компания Экораф занимается разработкой и изготовлением высококачественных флюсов для металлургических предприятий по производству алюминия и сплавов на его основе. Они представляют собой солевые системы, прошедшие предварительные термическую (сушка, прокалка, спекание, переплав) и механическую (измельчение, микширование) обработки. Компонентный состав и предварительная подготовка композиций обеспечивают получение требуемых механических, эксплуатационных свойств литых заготовок и максимальные эффективность, технологичность, экологическую безопасность процессов их промышленного применения. Алюминиевые флюсы для литья и плавки классифицируются по назначению на покровные, покровно-рафинирующие и модифицирующие. Имеют внешний вид: порошкообразный флюс, гранулированный флюс, таблетированный флюс. Многообразие составов обусловлено их многоцелевым назначением и большим разнообразием составов соответствующих сплавов. Благодаря нашему поисковому сервису, представленному ниже, Вы можете подобрать необходимые Вам флюсы для плавки алюминия. Если Вам необходима композиция под конкретную задачу, и Вы не нашли ее на нашем сайте, мы всегда готовы помочь Вам. Заказать и купить флюсы для литья алюминия Вы можете, обратившись к нашим специалистам.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий