1. Hiệu suất và các yếu tố ảnh hưởng chính của vật đúc nhôm magiê có độ tinh khiết cao
Độ tinh khiết caovật đúc nhôm-magiêđược phát triển dựa trên vật đúc nhôm và magiê. Mục đích là để cải thiện khả năng chống ăn mòn và hiệu suất nhiệt độ cao của vật đúc nhôm, cũng như khả năng chống thấm và độ ổn định sốc nhiệt của vật đúc magiê. Điểm trộn của nó nằm ở phía nhôm của sơ đồ pha nhị phân MgO-Al2O3. Thành phần chính của vật đúc, Al2O3, phản ứng với MgO ở nhiệt độ cao để tạo thành spinel, kèm theo sự giãn nở thể tích khoảng 7%. Để ngăn chặn thiệt hại bong tróc do ứng suất giãn nở này gây ra trong quá trình sử dụng, nghiên cứu thực nghiệm đã chọn hai nguyên liệu thô khác nhau, magnesia nóng chảy và spinel magiê-nhôm, để nghiên cứu ảnh hưởng của khả năng chống xỉ của vật liệu. Kết quả cho thấy khi thêm một lượng magnesia nhất định, vật đúc được bôi trơn trong một lượng nhỏ pha lỏng, đặc biệt là khi sử dụng dưới áp suất tĩnh của thép nóng chảy, phản ứng thiêu kết được thúc đẩy và vật thể lỏng hình thành do sự giãn nở của spinel trở nên chặt chẽ hơn. Magnesia có kích thước hạt thích hợp có thể làm cho vật đúc vẫn có thể giãn nở nhẹ ở nhiệt độ cao, duy trì tính toàn vẹn và cũng có lợi cho việc giảm ăn mòn. Tuy nhiên, kích thước hạt quan trọng của magnesia càng thô hoặc lượng bổ sung vượt quá 4C, thì sự ăn mòn có xu hướng tăng lên do giãn nở quá mức, thoái hóa tổ chức và thâm nhập xỉ sâu hơn.
Spinel tổng hợp trước được đưa vào để thay thế magnesia nóng chảy. Nghiên cứu cho rằng hàm lượng spinel lý thuyết càng cao thì khả năng chống ăn mòn của vật đúc càng tốt, trong khi độ sâu thâm nhập xỉ là nhỏ nhất khi hàm lượng spinel là 10% đến 30% và hàm lượng spinel vượt quá 50% và nó tăng lên khi hàm lượng spinel tăng. Kích thước hạt spinel với sự phân bố đồng đều của bột vi mô có hiệu quả nhất trong việc ngăn chặn sự bong tróc cấu trúc do sự thâm nhập của xỉ. Nghiên cứu phát hiện ra rằng thành phần spinel đóng vai trò quyết định trong khả năng chống xỉ của chính clinker spinel và vật đúc được làm bằng spinel trộn với corundum. Hàm lượng MgO lý tưởng trong spinel là 3% đến 5%. Bột silic cũng có hiệu quả trong việc ức chế ứng suất giãn nở của spinel. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ở nhiệt độ thấp, bột silic và bột MgO tạo ra các chất MSH, có thể ngăn ngừa quá trình hydrat hóa periclase, cải thiện tính lưu động của vật đúc và tăng mật độ của vật đúc. Ở nhiệt độ cao, MSH mất nước và phản ứng với CaO để tạo ra các sản phẩm có nhiệt độ nóng chảy thấp để tạo ra biến dạng dẻo và hấp thụ ứng suất giãn nở ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, khi lượng bột silic tăng lên, lượng pha lỏng tạo ra ở nhiệt độ cao tăng lên và khả năng chống biến dạng ở nhiệt độ cao giảm xuống. Trong điều kiện áp suất thép nóng chảy, vật liệu dễ bị thiêu kết quá mức và nứt, với nhiều vết nứt hơn, vết nứt rộng hơn và bong tróc sâu hơn. Xi măng và bột silic thường được sử dụng làm chất kết dính tổng hợp.
Tóm lại, vật đúc nhôm-spinel và vật đúc nhôm-magiê có tính đồng nhất về mặt tổ chức tốt, khả năng chống biến dạng ở nhiệt độ cao, độ ổn định sốc nhiệt và khả năng chống xói mòn và thấm xỉ. Sự khác biệt chính giữa hai loại này là loại trước đưa spinel tổng hợp trước vào, và cường độ sau khi nung ở các nhiệt độ khác nhau thấp, cường độ uốn ở nhiệt độ cao lớn, độ ổn định thể tích tốt và tỷ lệ thay đổi tuyến tính nhỏ; loại sau phản ứng để tạo thành spinel khi sử dụng ở nhiệt độ cao và cường độ sau khi nung ở các nhiệt độ khác nhau lớn, khả năng chống biến dạng ở nhiệt độ cao mạnh, mật độ dày đặc và tỷ lệ thay đổi tuyến tính lớn.
2. Hư hỏng của vật đúc nhôm-magiê có độ tinh khiết cao
Vật đúc nhôm-spinel và vật đúc nhôm-magiê về cơ bản là cùng một hệ thống ở nhiệt độ cao và các pha tinh thể chính là corundum và spinel giàu nhôm. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống xỉ của vật đúc rất phức tạp, chẳng hạn như loại thép, thành phần xỉ, điều kiện nấu chảy, v.v., nhưng chủ yếu được kiểm soát bởi thành phần khoáng chất và cấu trúc vi mô của vật đúc. FeO và MnO trong xỉ spinel giàu nhôm thu được trước tiên chiếm các chỗ khuyết cation và thay thế một phần MgO để tạo thành dung dịch rắn spinel tổng hợp với thành phần điển hình là Mg0.70Mn0.08Fe0.21Al2.00O4. Phân tích thăm dò điện tử cho thấy độ hòa tan rắn của Fe và Mn trong spinel hạt mịn ở cùng một khu vực là gần như nhau, trong khi hàm lượng các nguyên tố Fe và Mn ở rìa các hạt spinel lớn hơn cao hơn nhiều so với hàm lượng bên trong các hạt. Phân tích hóa học và phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu sau khi ăn mòn xỉ cũng cho thấy hằng số mạng của spinel giảm dần từ bề mặt làm việc vào bên trong, phù hợp với sự thay đổi hàm lượng Fe2O3 trong mỗi lớp. Khi độ hòa tan rắn của Fe2O3 trong mỗi lớp giảm, hằng số mạng và cường độ nhiễu xạ của spinel trở nên gần hơn với spinel của lớp ban đầu. Corundum hấp thụ CaO trong xỉ để tạo ra khoáng chất canxi aluminat và đông đặc. Quan sát bằng kính hiển vi quang học cho thấy có các vòng phản ứng canxi aluminat dạng tấm trên các cạnh của các hạt corundum trong lớp thâm nhập mẫu và có một số lượng lớn khoáng chất CA6 dạng kim trong ma trận. SiO2 thúc đẩy quá trình kết tinh và phát triển của CA6, làm cho các lỗ rỗng mịn hơn và tạo thành lớp rào cản dày đặc hơn. Xỉ còn lại rất giàu SiO2 và trở nên nhớt và khó thâm nhập. Không giống như vật đúc nhôm-spinel, mặc dù vật đúc nhôm-magiê tạo thành nhiều pha lỏng hơn ở nhiệt độ cao, các hạt spinel mới hình thành của MgO và Al2O3 rất mịn, có nhiều khuyết tật và có hằng số mạng nhỏ. SiO2 làm cho spinel bị phân mảnh nhiều hơn, thúc đẩy dung dịch rắn của Al2O3 trong spinel và tạo thành spinel giàu nhôm với nồng độ khuyết tật mạng cao hơn. Ngoài ra, vật đúc cũng đặc hơn, do đó khả năng chống xỉ, đặc biệt là khả năng chống xỉ xâm nhập, là vượt trội.
