\"주조"는액체금속성형공정입니다. 고온의액체금속은대기중 표면에서산화되어산화막을생성한다는것은잘 알려져있습니다.

그러나오랫동안이 산화막이알루미늄합금주물의품질에미치는영향은기본적으로용융금속의비금속개재물문제만을고려했으며더 이상의논의는이루어지지않았습니다.

J. 영국버밍엄대학의캠벨은수년간의연구를통해접힌이중필름이거시적, 미시적측면에서알루미늄합금주조품의품질에매우중요한영향을미친다는사실을발견했습니다. 캠벨등은이중필름에대한이해가가장흥미로운발견이라고생각합니다. 현재우리는캠벨등이얻은예비결론과통찰력을 '이중필름이론'이라고임시로지칭합니다.

액체알루미늄합금에관련된산화막의중간층이후주조품질에미치는영향은크게두 가지측면으로나눌수 있습니다:

하나는거시적인측면입니다. 금속매트릭스를절단하여기계적특성을감소시키는것 외에도다공성및 작은수축과같은주조결함을유도합니다;

다른하나는입자크기, 수상돌기사이의거리, 알루미늄-실리콘합금에서 Na와 Sr의변형효과에중요한영향을미치는미세한측면입니다.

1. 액체금속표면의산화막의특성

산화막의특성을분석할때 산화막이부착된금속모액의밀도와녹는점을동시에고려할수는없습니다. 강철과철의경우강철주물생산을예로들어보겠습니다. 용강이산화되어생성되는 FeO는용강보다녹는점과밀도가훨씬낮고고온에서매우활발하며기본적으로단독으로존재할수 없습니다. FeO는 SiO2와결합하여저융점 FeO를형성할수 있습니다. SiO2는강철의실리콘및 망간과반응하여 MnO 및 SiO2를형성한다음결합하여 MnO를형성할 수있습니다. SiO2. 또한강철의탄소와반응하여 CO를형성할 수있으며그 중일부가있을것입니다. 용강에용해됩니다. 탈산처리가부적절하거나태핑후 용강이두 번산화되면강철의비금속내포물수가증가하거나주조표면에기공또는슬래그내포물과같은결함이발생할수 있습니다. 그러나용강표면에생성된산화물은용강온도보다녹는점이낮아축적될수 밖에없습니다. 이들은산화막중간층으로접혀서용강에매달릴수 없으므로산화막중간층으로인한문제가발생하지않습니다. .

알루미늄합금과마그네슘합금의상황은완전히다릅니다. 알루미늄합금에대한간략한설명은다음과같습니다: 알루미늄은액체상태에서매우활동적이며용융알루미늄의표면은대기중의산소와쉽게반응하여 Al2O3 필름을형성할 수있습니다. Al2O3의융점은액체알루미늄합금의융점보다훨씬높으며매우안정적입니다. Al2O3의밀도는용융알루미늄의밀도보다약간높습니다. 따라서 Al2O3 필름은알루미늄액체에현탁하기쉽고알루미늄액체에서응집및 분리되지않습니다. 알루미늄합금액체가교란되면표면의 Al2O3 필름이샌드위치로접혀용융금속으로빨려들어가알루미늄합금의많은독특한문제를일으킵니다.

2. 산화막중간층의형성과그 유해한영향

알루미늄합금액체는제련공정, 용해로에서쏟아져나올때, 변성처리중, 높은풍속에서분사및 정화할때, 주입공정중에강하게교란됩니다. 액체금속표면의교란은표면의산화막을당겨서팽창, 접힘, 파손을일으킵니다. 산화막이분리될때 노출된깨끗한합금액체표면은산화되어새로운산화막을생성합니다. 산화막이접히면대기를향한쪽의건조한표면이서로밀착되고소량의공기가두 건조표면사이를감싸 '산화막샌드위치'가됩니다. 산화막중간층은용융금속에쉽게관여하고교란된용융금속의작용에따라작은덩어리로압착됩니다.

Al2O3의융점은알루미늄합금액체의온도보다섭씨 1000도이상높고화학적안정성이높기때문에작은클러스터가융합되지않고알루미늄합금에용해되지않습니다. Al2O3의밀도는알루미늄합금액체보다약간높지만공기로감싸진산화막중간층의밀도는알루미늄합금액체의밀도에상대적으로가깝습니다. 따라서대형유지용광로에서장기간서 있는동안산화막중간층이가라앉을가능성외에도일반적인주조생산조건에서알루미늄합금액체에더 안정적으로현탁됩니다. 산화막중간층이부유한알루미늄합금액체는다시교란될때 더많은산화막중간층을생성합니다. 주물생산과정에서합금의제련, 용광로에서붓기, 수정처리, 정제처리, 붓기및 기타작업은알루미늄합금액체에강한교란을일으킬수 있습니다. 원래의산화막중간층을유지하는것 외에도알루미늄합금액체는다시교란되고새로운산화막중간층이지속적으로추가됩니다. 따라서캐비티로들어가는용융금속에는많은수의작은산화막중간층이포함되어있습니다. 용융금속이캐비티를채운후에는정적상태가되고, 클러스터로압착된산화막중간층은점차작은조각으로늘어납니다. 용융금속이액상라인아래로냉각된후 수상돌기의핵 형성및 성장은응집체로압착되는산화막중간층의연신을촉진하는요소이기도합니다.

주조가응고된 후많은수의작은박편산화막중간층은그 자체로작은균열이며금속매트릭스를절단하는역할을합니다. 물론합금의기계적특성은감소하지만더 해로운것은기공과작은수축구멍의유도입니다. 액체금속의온도가점차낮아짐에따라용융금속에서수소의용해도는계속감소하지만수소가기공의형태로액체금속에서침전되는것은매우어렵습니다. 균일한액체상에서또 다른새로운상(기체상)이생성되면항상몇 개의원자또는분자가먼저응집되어형성되며그 부피는작습니다. 이작은새 상은비표면적(즉, 단위부피당표면적)이매우큽니다. 새로운인터페이스를생성하려면이에대한작업이필요합니다. 이것이새로운단계의인터페이스에너지, 즉표면적과표면장력입니다. 의산물입니다. 알루미늄합금액체의냉각과정에서이러한많은양의에너지를얻는것은사실상불가능합니다. 새로운단계의핵심이생성되더라도성장하려면많은에너지가필요하며새로운단계의크기가특정임계값을초과할 때만성장할수 있습니다. 임계값보다작은크기의새 단계의코어는성장할수 없으며저절로사라질뿐입니다. 이론적으로기체상이액체상에서핵을형성하고성장하는것은매우어렵습니다. 실제로도그렇습니다. 다른유도요인이없으면수소함량이기본적으로정상인조건에서수소침전으로인해균질한 알루미늄합금에기공을생성하는것은불가능합니다.

용융금속에다량의부유산화막중간층이포함되어있는경우상황은상당히달라집니다. 대부분의산화막중간층은소량의공기로덮여있습니다. 용융금속의온도가낮아지고수소의용해도가감소하면산화막중간층의작은기포는수소에대해진공상태가되고용융금속에용해된수소는기포쪽으로이동합니다. 중간확산은매우편리합니다. 수소는작은기포속으로확산되어산화막중간층을확장하고주물에기공을만듭니다. 알루미늄합금액체의정제처리가양호하고용융금속의수소함량이매우낮 으면주물에기공이거의없습니다. 그러나용융금속에산화막중간층이없으면용융금속의수소함량이높더라도응고중에수소는과포화상태로합금에용해될수 있으며기공을생성하는것은불가능합니다. 주물의공급조건이좋지않으면응고및 수축과정에서수축캐비티가발생합니다. 산화막의중간층이속이비어있기때문에분리하기쉽고수축공동은대부분산화막의중간층에형성됩니다. 이경우용융금속에용해된수소도그 안으로확산되어기공이팽창하게됩니다.

요약하면, 알루미늄합금주물의경우산화막중간층이재료의기계적특성과주물의핀홀및 기공결함을악화시키는주요원인으로간주할 수있습니다. 재료의기계적특성을개선하고주조의밀도를높이려면가스제거및 정화작업을강화하는것보다산화막중간층을제거하기위한조치를취하는것이더 중요합니다.