مواد و ساخت پیشرفته

آلیاژهای Al-Li به آلیاژهای Al-Li تغییر شکل یافته و ریختگی تقسیم می­شوند. آلیاژ Al-Li تغییر شکل یافته تا نسل سوم توسعه یافته است و فاز تقویتی را می­توان با عملیات حرارتی برای بهبود خواص مکانیکی رسوب داد. ساختاری که از انجماد آلیاژ ریختگی Al-Li تشکیل شده است، همسانگرد است و دارای مقاومت در برابر خوردگی تنش بالایی است. در عین حال، آلیاژ ریختگی Al-Li عملکرد فرآیند ریخته­ گری بهتری دارد و توانایی بازتولید ساختارهایی با حفره­های کوچک بیشتر از آلیاژ سنتی Al است. این آلیاژ اغلب در ساخت قطعات ریخته­ گری ساختاری جدار نازک برای کاربردهای هوافضا استفاده می­ شود. ریخته­ گری آلیاژ Al-Li در حال حاضر مسیر تحقیقاتی مهمی در پیش رو دارد. ریخته‌گری آلیاژهای Al-Li اغلب توسط قالب‌های گرافیتی و قالب‌های فلزی تهیه می‌شوند و قالب‌های شنی به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این به این دلیل است که در طی فرآیند ریخته‌گری شنی، مقدار زیادی هیدروژن از واکنش لیتیم با گروه‌های هیدروکسیل در چسب شنی تولید می‌شود. نفوذ این هیدروژن به مذاب یا مکیده شدن به مذاب باعث ایجاد نقص های تخلخل جدی می­شود که منجر به تخریب عملکرد آلیاژ Al-Li می­شود که نمی­تواند نیازهای تولید را برآورده کند. البته، برای تولید آلیاژهای Al-Li  به روش ریخته ­گری در مقیاس بزرگ، ریخته­گری شنی و ماسه­ای بدون شک انتخاب مناسب­تری است. بنابراین، اگر مشکل عیوب تشکیل حفره­ها در ریخته‌گری شنی و ماسه­ای آلیاژ Al-Li قابل حل باشد، کاربرد آلیاژهای Al-Li بسیار ارتقاء خواهد یافت. کلید کاهش عیوب تخلخل، جلوگیری از واکنش لیتیم با چسب قالب است. پوشش دادن سطح داخلی قالب ماسه یا عملیات سطحی قالب ماسه­ای یک راه حل معمول برای کاهش واکنش بین فلز مذاب و قالب است. به عنوان مثال، اثر پیشگیری و کنترل عوامل شیمیایی مانند تری متیل کلروسیلان بر روی سطح داخلی قالب ماسه بر روی عیوب حفره مورد مطالعه قرار گرفته است و مشخص شده است که تری متیل کلروسیلان می­تواند با گروه ­های هیدروکسیل موجود در چسب قالب ماسه بدون تولید گاز واکنش داده و از ایجاد گاز توسط واکنش بین لیتیم و هیدروکسیل جلوگیری کند.

بر اساس تحقیقات جدید، یک پوشش گرافیتی بر روی سطح داخلی قالب شنی و ماسه­ ای که از آب شیشه (چسب سیلیکات سدیم) برای سخت­ شدن آن استفاده شده است، تهیه شده است. مشخص شده است که پوشش گرافیتی می­ تواند به طور موثری عیوب تخلخل ریخته ­گری آلیاژ Al-Li را کاهش دهد. با این حال، اقدامات کنترلی پیشنهاد شده در این مطالعات به دلایل هزینه یا اثرات کنترلی نمی­تواند به طور گسترده در تهیه آلیاژهای Al-Li ریخته ­گری شن و ماسه استفاده شود. نحوه حل مشکلات حفره ­ها (تخلخل) و واکنش­های سطحی بین مذاب و دیواره قالب همیشه یک چالش به حساب می­آید. به طور کلی، ریخته‌گری‌ آلیاژهای Al-Li که با شن و ماسه ریخته‌گری می‌شوند، مشکلات بسیار جدی در تشکیل حفرات و واکنش سطحی دارند که به طور قابل‌توجهی کیفیت ریخته‌گری آلیاژ Al-Li را تضعیف می‌کند.

در یک کار مطالعاتی جدید، یک پوشش غیرآلی بایندر جدید حاوی بایندر محلول سیلیکات لیتیوم و پودر کاربید سیلیکون بر روی سطح قالب شنی و ماسه ­ای برای کاهش احتمال تشکیل حفرات و جلوگیری از واکنش سطحی ریخته‌گری ماسه ­ای‌ آلیاژهای Al-Li توسعه یافته است. مکانیسم موثر پوشش بایندر معدنی بر روی عیوب حفره ­ای و واکنش سطحی مورد بحث قرار گرفته است.

نتایج به‌دست‌آمده نشان داده است که پوشش بایندر معدنی، یک پوسته نازک بر روی سطح قالب ماسه‌ای تشکیل می‌دهد که می‌تواند به طور موثر از واکنش فصل مشترک فلز-قالب آلیاژ Al-Li ریخته‌گری شنی و ماسه­ای جلوگیری کند و به طور قابل‌توجهی عیوب تخلخل را کاهش می­دهد. نتایج نشان می­دهد ریخته‌گری آلیاژ Al-Li تهیه‌شده با استفاده از پوشش غیرآلی بایندر متشکل از چسب سیلیکات لیتیوم و پودر کاربید سیلیکون اساساً هیچ عیب حفره­ای ندارد و تخلخل تنها 3.73 درصد بوده که 66.7 درصد کمتر از ریخته‌گری شنی ماسه­ای رایج بوده است. علاوه بر این، واکنش فصل مشترک آلیاژ Al-Li و قالب ماسه­ ای به طور کامل حذف می شود، که به نرخ نفوذ اتمی پایین کاربید سیلیکون بر اساس نتایج شبیه‌سازی دینامیک مولکولی نسبت داده شده است.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2238785422017410