In dieser Fallstudie wird der Einsatz der High Shear Melt Conditioning (HSMC)-Technologie untersucht, um die Wirksamkeit der Entgasung zu erhöhen und die mechanischen Eigenschaften von Gussteilen aus der Aluminiumlegierung A356 zu verbessern (Lazaro-Nebreda et Al, 2021).
Die derzeit am weitesten verbreitete Technik zur Entfernung von Wasserstoff aus Schmelzen von Aluminiumlegierungen ist die Rotationsentgasung. Bei dieser Methode steigt die Entgasungseffizienz mit der Größe der Spülgasblase. Bei der herkömmlichen Rotationsentgasung ist es jedoch schwierig, die Blasengröße auf einen Durchmesser von weniger als 10 mm zu verkleinern. Eine kleinere Blasengröße in der Schmelze kann durch eine Erhöhung der Graphitrotordrehzahl erreicht werden, doch führt dies zu Turbulenzen in der Schmelze und zur Bildung von Wirbeln in der Nähe der Schmelzeoberfläche, was die Aufnahme von Wasserstoff (Wiederbegasung) aus der Atmosphäre beschleunigt. Außerdem erhöht sich der Einschluss von Krätze in der Schmelze, was die Qualität der Schmelze verringert (Patel et Al, 2017).
Bei der herkömmlichen Rotationsentgasung von Aluminiumschmelzen wird Argon- oder Stickstoffgas durch einen hohlen Graphitrotor in die Schmelze eingespritzt, der sich mit niedriger Geschwindigkeit (etwa 500 U/min) dreht, um die Blasen gleichmäßig im Schmelzvolumen zu verteilen. Wenn der Graphitrotor durch die neue Rotor-Stator-Hochschervorrichtung ersetzt wird, wird jede Blase in zahlreiche kleinere Blasen aufgeteilt, wodurch sich die Gesamtoberfläche der Blasen in der Schmelze vergrößert und die Effizienz der Entgasung erhöht. Die Größe der Argon/Stickstoffblasen wird auf einen Durchmesser von etwa 1 mm reduziert, und ihre Anzahldichte wird erhöht. Gleichzeitig minimiert das Design des Stators die Störung der Schmelzeoberfläche, was die Entgasungseffizienz erhöht (Patel et Al, 2017).
Mikrostruktur der bei 700 °C gegossenen Aluminiumlegierung A6082 (a) ohne und (b) mit Schmelzescherung (Patel et Al, 2017).
Aufgrund der daraus resultierenden Porosität beeinträchtigt gelöster Wasserstoff in Aluminiumlegierungen die mechanischen Eigenschaften von Gussstücken. Bei der HSMC-Technik (High Shear Melt Conditioning) auf Rotor-/Stator-Basis wird jede Argonblase in zahlreiche kleine Blasen zerlegt, wodurch die Gesamtoberfläche der Blasen in der Schmelze vergrößert wird, während die Oberfläche so wenig wie möglich gestört wird, wodurch die Entgasungseffizienz erhöht wird. Dies führte zu mehreren Verarbeitungsvorteilen gegenüber der traditionellen Rotationsentgasungsmethode, einschließlich einer verringerten Argon-Durchflussrate von 5 bis 20 Litern pro Minute auf 0,1 Liter pro Minute, verringerten Entgasungszeiten von 30 Minuten auf wenige Minuten und, was am wichtigsten ist, einem verringerten Restwasserstoffgehalt von 0,15 cm3/100 g auf 0,04 cm3/100 g (Patel et Al, 2017).
Die Rotationsentgasung eignet sich gut zur Entfernung von Wasserstoff aus Schmelzen, ist aber unwirksam bei der Beseitigung von Oxid-Bifilmen. Die HSMC-Entgasungstechnologie ist in der Lage, mit höheren Geschwindigkeiten zu arbeiten, ohne Oberflächenturbulenzen zu erzeugen, und kann daher sowohl den Wasserstoff als auch die eingeschlossenen Oxid-Bifilme gleichzeitig effizient entfernen. Dadurch wird die Qualität der Schmelze erheblich gesteigert und sie bleibt nach der Entgasung länger stabil. Daher ist das Rotationsentgasungsverfahren, das häufig mit der Zugabe von Abdeckmitteln verbunden ist, für die Aluminiumschmelze, die mit der HSMC-Entgasungstechnik behandelt wird, nicht anwendbar. (Lazaro-Nebreda et Al, 2021).