Zwar ist es physikalisch möglich, Aluminium ohne Flussmittel zu schmelzen, doch ist dies in einer industriellen Gießerei-Umgebung betrieblich gefährlich und beeinträchtigt die Produktqualität. Ohne Flussmittel oder eine gleichwertige Reinigungstechnologie (wie Rotationsentgasung und Filtration) oxidiert geschmolzenes Aluminium schnell und bildet eine dicke Haut aus Aluminiumoxid (Krätze) und absorbieren atmosphärischen Wasserstoff. Dies führt zu Porosität, mechanischem Versagen und übermäßigem Metallverlust. Moderne Gießereien verlassen sich jedoch zunehmend nicht mehr auf chemische Flussmittel, sondern setzen stattdessen auf AdTechs fortschrittliche physikalische Reinigungsgeräte-insbesondere Rotationsentgasungseinheiten und Schaumkeramikfilter-, um eine überragende Sauberkeit bei geringerer Umweltbelastung zu erreichen.
Warum gibt es flux: Kernfunktionen
Das Flussmittel erfüllt beim Schmelzen und Raffinieren von Aluminium mehrere unterschiedliche Aufgaben:
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Schutz der Oberfläche: eine schwimmende Salzschicht isoliert das geschmolzene Metall von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit und begrenzt die weitere Oxidbildung und Wasserstoffaufnahme.
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Entfernung von Oxid: Das Flussmittel benetzt und absorbiert oder kapselt Aluminiumoxid (Tonerde) und andere nichtmetallische Einschlüsse ein, so dass sie sich vom flüssigen Metall trennen und als Krätze entfernt werden können.
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Kontrolle des Wasserstoffs: Einige Flussmittel unterstützen die Entgasung, indem sie Kanäle oder chemische Umgebungen schaffen, die es dem gelösten Wasserstoff ermöglichen, in die Flussmittelschicht zu entweichen oder in nichtmetallischen Phasen eingeschlossen zu werden.
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Verbesserung der Ausbeute: Das Flussmittel kann die Metallverschleppung in der Krätze verringern und die Verbrennung reaktiver Legierungselemente verhindern, wodurch sich der Anteil des zurückgewonnenen Metalls erhöht.
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Wand- und Krätzekontrolle: Bestimmte Flussmittel begrenzen die Ablagerungen an den Wänden von Öfen oder Pfannen und machen die Handhabung von Krätze sicherer und sauberer.
Wann wird ein Flussmittel empfohlen und wann kann es weggelassen werden?
Empfohlen
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Recycling von gemischtem Schrott mit Farbe, Kunststoffen oder unbekannten Verunreinigungen.
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Magnesium- oder zinkhaltige Legierungen wo Oxidation und Dampfverluste eine Rolle spielen.
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Große industrielle Schmelzen wo Ertrag, Einschlusskontrolle und chemische Integrität Priorität haben.
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Bei der Herstellung von Gussstücken mit geringer Porositätstoleranz, und wo die nachgeschaltete Bearbeitung oder die strukturelle Integrität kritisch ist.
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Wenn die Ofenatmosphäre oder die Handhabung der Charge schlecht ist, Das Flussmittel kompensiert dies, indem es eine weitere Kontamination verhindert.
Oft übersprungen
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Kleine Hobbyschmelzen mit sauberen, zurechtgeschnittenen Gussstücken oder Dosen, die schnell geschmolzen und gegossen werden. Viele Bastler vermeiden Flussmittel wegen der Rückstände, der Unordnung und des Risikos von Feuchtigkeitseinschlüssen.
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Wenn ein wirksames System zur Entgasung von Inertgas vorhanden ist und die Ladung ist sauber und die Legierungszusammensetzung stabil.
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Wenn ein Prozess mit vorgereinigten Blöcken und einer strengen Prozesskontrolle arbeitet die die Krätzebildung und Wasserstoffaufnahme verringern.
Die Metallurgie von geschmolzenem Aluminium und das Oxidproblem
Um die Notwendigkeit von Flussmitteln zu verstehen, muss man zunächst das Verhalten von Aluminium in seinem flüssigen Zustand verstehen. Aluminium ist hochreaktiv. Bei Kontakt mit Sauerstoff bildet es sofort eine Schicht aus Aluminiumoxid (Al2O3). Während diese Schicht festes Aluminium vor Korrosion schützt, wird sie im geschmolzenen Zustand zu einer Verunreinigung.
Wenn Aluminium schmilzt, treten vor allem drei nachteilige Phänomene auf:
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Oxidation: Die Bildung von Krätze (Skim) auf der Oberfläche.
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Wasserstoff-Absorption: Flüssiges Aluminium reagiert mit der Feuchtigkeit in der Luft (
2Al+3H2O→Al2O3+6H), die Wasserstoff absorbieren, was beim Erstarren zu Porosität führt. -
Einschlussbildung: Oxide und feuerfeste Materialien werden in der Schmelze eingeschlossen.
Traditionelle chemische Flussmittel waren jahrzehntelang die einzige Lösung. Sie verändern die Oberflächenspannung der Schmelze, bilden eine Barriere gegen Oxidation und reagieren chemisch mit Oxiden, um sie vom reinen Metall zu trennen.
Verständnis der Mechanismen von Flussmitteln
Flussmittel sind in der Regel Mischungen aus Salzen, hauptsächlich Chloriden und Fluoriden (NaCl, KCl, CaF2). Ihre Funktionsweise beruht auf spezifischen chemischen und physikalischen Reaktionen, die darauf abzielen, die Oxideinschlüsse zu benetzen und ihre Trennung von der Schmelze zu erleichtern.
Die drei Hauptfunktionen des Aluminiumflusses
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Abdecken (Schutz): Schafft eine physikalische Barriere zwischen der Schmelzoberfläche und der Atmosphäre, um Oxidation zu verhindern.
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Krätze (Abtrennung): Fördert eine exotherme Reaktion, die die Krätze erhitzt, so dass die eingeschlossenen Aluminiumtröpfchen zusammenfließen und in das Bad zurückfließen, so dass eine trockene, pulverförmige Asche zurückbleibt, die leicht abgeschöpft werden kann.
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Veredelung (Reinigung): Reagiert mit gelösten Verunreinigungen (wie Kalzium oder Magnesium) und hilft, suspendierte nichtmetallische Einschlüsse zu entfernen.
Tabelle 1: Vergleichende Analyse der Flussmittelarten und der operativen Ziele
| Kategorie Flussmittel | Chemische Basis | Primäre Funktion | Ideale Anwendung | AdTech Alternative |
| Abdeckung des Flusses | NaCl, KCl | Verhindert die Oxidation während der Lagerung. | Hallöfen, lange Haltezeiten. | Wäschen und Abdeckungen: Die versiegelte Übertragung minimiert den Luftkontakt. |
| Abkrätzendes Flussmittel | Exotherme Salze | Trennt Metall von Oxidhaut. | Abschöpfung, Rückgewinnung von Schlacke. | Verarbeitung heißer Krätze: Durch die mechanische Trennung wird der Salzverbrauch reduziert. |
| Reinigung Flussmittel | Fluoride/Chloride | Entfernt Einschlüsse und Wasserstoff. | Hochwertiger Guss (Luft- und Raumfahrt/Auto). | Rotationsentgasungseinheit: Verwendet Inertgas zur physikalischen Entfernung von H2. |
| Wandreinigungsflussmittel | Oxidationsmittel | Entfernt Korundablagerungen an den Wänden. | Wartung des Ofens. | Keine: Hier ist weiterhin eine chemische Wartung erforderlich. |
Wie das Flussmittel in der Schmelze funktioniert: Zusammenfassung der Mechanismen
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Benetzung und VerkapselungFlussmittelkomponenten senken die Oberflächenspannung und benetzen bevorzugt Aluminiumoxidpartikel. Dies führt dazu, dass sich Oxide von geschmolzenem Aluminium lösen und bevorzugt an das Flussmittel gebunden werden.
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Dichtegesteuerte TrennungFlussmittelmischungen sind so formuliert, dass sie eine geringere Dichte als flüssiges Aluminium haben, so dass Flussmittel und eingebettete Einschlüsse an die Oberfläche schwimmen können, wo sie entfernt werden.
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Bildung von BarrierenDas Flussmittel breitet sich im geschmolzenen Zustand zu einem kontinuierlichen Film aus, der den direkten Kontakt zwischen Schmelze und Luft verringert und so die Oxidation und Wasserstoffaufnahme einschränkt.
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Chemische ReaktionenFluoride oder andere aktive Komponenten können mit bestimmten Oxiden chemisch interagieren oder dünne Oxidschichten auflösen, um die Entfernung zu erleichtern.
Industrielle Arbeitsabläufe, die Flussmittel verwenden: typische Prozessschritte
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Vorbereitung der Ladung: große Verunreinigungen reinigen, Legierungen sortieren.
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Schmelzen: Bringen Sie das Metall auf die gewünschte Überhitzung.
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Antrag auf Deckung: Fügen Sie Abdeckungssalze hinzu, um die Oberfläche zu schützen. Das Timing ist wichtig.
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Veredelung/Kreuzung: Fügen Sie Läuterungsflussmittel hinzu und lassen Sie Zeit, damit die Einschlüsse eingefangen werden und die Krätze aufsteigt.
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EntgasungHäufig in Kombination mit Flussmittel unter Verwendung von rotierendem Inertgas, Lanzeninjektion oder flussmittelunterstützter Entgasung.
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Abschöpfen und Abhören: Flussmittelkrätze entfernen, dann gießen.
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ReinigungFlussmittelrückstände von Gussteilen entfernen oder Stufen reinigen, falls erforderlich.
Alternativen und ergänzende Methoden
Inertgasentgasung (Rotation und Lanze)
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Wie es funktioniert: Inertes Gas (Argon, Stickstoff oder Mischungen) wird über einen Rotor oder eine Lanze in der Schmelze dispergiert. Durch Kavitation und die Blasenoberfläche kann der Wasserstoff entweichen.
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Profis: kann einen sehr niedrigen Wasserstoffgehalt ohne Zugabe von Salzrückständen erreichen.
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Nachteile: Investitionskosten, Rotorverschleiß, Gaskosten. Für beste Ergebnisse oft mit Flussmittel kombiniert.
Ultraschall-Entgasung
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Wie es funktioniertUltraschallschwingungen induzieren Kavitation und Blasenbildung, wodurch Wasserstoff und Einschlüsse herauswandern.
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Profis: vielversprechend für verbesserte Sauberkeit und geringere Porosität.
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Nachteile: noch in der Entwicklung, Probleme mit der Integration der Geräte und der Wiederholbarkeit.
Schnelles Schmelzen und kontrollierte Atmosphäre
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Näherung: Minimierung der Zeit, in der das geschmolzene Metall der Atmosphäre ausgesetzt ist, und Kontrolle der Ofenumgebung. Funktioniert gut mit sauberem Chargenmaterial und ist in kleinen Betrieben oft praktikabel.
Mechanische Abkrätzung und Abschöpfung
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Näherung: Physikalische Entfernung der Krusten- und Schlackenschicht. Funktioniert am besten bei vorgereinigtem Metall oder nachdem ein Flussmittel verwendet wurde, um eine verfestigte Krätze zu bilden.
Auswahlkriterien: Wie wählt man ein Flussmittel aus?
Wählen Sie ein Flussmittel unter Berücksichtigung dieser Variablen:
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Zusammensetzung der LegierungDas Vorhandensein von Magnesium, Zink, Silizium oder anderen reaktiven Elementen beeinflusst, welche Flussmittelchemie sicher und wirksam ist.
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Sauberkeit der LadungVerschmutzter Schrott muss aggressiver gefluxt werden.
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Angestrebte QualitätStrukturguss mit geringer Porosität erfordert eine sorgfältigere Nachbearbeitung und möglicherweise eine kombinierte Entgasung.
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Prozess-MethodeTiegel vs. Grube vs. Drehrohrofen: Jeder interagiert anders mit dem Flussmittel.
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Regulatorische und ökologische Grenzen: Für Fluoride und einige Halogenide gelten Grenzwerte für die Entsorgung und den Arbeitsplatz.
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Akzeptanz von RückständenNachgeschaltete Teile, die frei von Salzrückständen sein müssen, müssen zusätzlich gereinigt werden, wenn Flussmittel verwendet werden.
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Kosten- und Ertragsziele: Vergleich der Flussmittelkosten mit der prozentualen Verbesserung des zurückgewonnenen Metalls.
Hinweise zu Sicherheit, Handhabung, Lagerung und Umwelt
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Hygroskopischer CharakterViele salzhaltige Flussmittel absorbieren Feuchtigkeit; feuchtes Flussmittel erzeugt Dampf und starke Porosität, wenn es dem geschmolzenen Metall hinzugefügt wird. Flussmittel trocken und versiegelt lagern.
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Giftige Gase und DämpfeEinige Flussmittelbestandteile setzen beim Erhitzen gefährliche Dämpfe frei; lokale Absaugung und Rauchgasabscheidung sind unerlässlich.
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Haut- und Augenschutz: Flussmittelstaub oder geschmolzene Tröpfchen können Verbrennungen oder Reizungen verursachen; PSA verwenden.
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EntsorgungKrätze, die mit Flussmittel vermischt ist, kann aufgrund des Halogenid- oder Fluoridgehalts eine besondere Entsorgung erfordern. Beachten Sie die örtlichen Vorschriften.
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KompatibilitätEinige Flussmittel reagieren mit feuerfesten Auskleidungen oder Tiegelmaterialien; überprüfen Sie die Kompatibilität mit Ihrem Ofensystem.
Fehlersuche bei allgemeinen Problemen
Problem: erhöhte Porosität nach Verwendung von Flussmitteln
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Häufige UrsachenNasses Flussmittel (Feuchtigkeit im Flussmittel), übermäßiges Flussmittel, das zu eingeschleppten Salzen führt, oder Flussmittel, das bei zu niedriger Schmelztemperatur hinzugefügt wird.
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BehebtFlussmittel richtig trocknen, Flussmittel in Barren vorschmelzen, wenn vom Hersteller empfohlen, Flussmittel bei der empfohlenen Temperatur hinzufügen und mit Entgasung kombinieren, wenn der Wasserstoffgehalt hoch bleibt.
Problem: Flussmittelrückstände auf Gussteilen
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UrsacheUnzureichende Abschöpfung, schlechte Auswahl des Flussmittels oder Eindringen des Flussmittels in das Anschnittsystem.
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Behebt: Verringerung der Flussmittelmenge, Sicherstellung, dass das Flussmittel schwimmt und an der Oberfläche bleibt, Einsatz von Filtern und Verlängerung der Abschöpfzeit.
Problem: schlechte Ausbeute oder Metallverlust
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Ursache: zu aggressives Abschöpfen oder Flussmittel, das Metall auflöst.
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BehebtAuswahl von Flussmitteln mit geeigneter Dichte und Schmelzpunkt; Schulung der Bediener in der Skimming-Technik; Testen kleiner Chargen.
Checkliste für die Beschaffung und Vorlage für Spezifikationen
Fordern Sie beim Kauf von Flussmitteln die folgenden Daten von den Lieferanten an:
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Aufschlüsselung der Zusammensetzung (Hauptsalze, Fluoride in Prozent).
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Schmelzbereich und empfohlene Verwendungstemperatur.
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Dichte im Verhältnis zu geschmolzenem Aluminium.
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Empfohlene Dosierung pro Tonne oder pro kg Schmelze.
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Feuchtigkeitsgehalt und empfohlene Lagerbedingungen.
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MSDS und CE/ROHS oder regionale Konformitätsdokumente.
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Empfohlene Anwendungsmethode und Sicherheitskontrollen.
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Typische Kennzahlen zur Verbesserung der Teileausbeute aus Lieferantenversuchen.
Tabellen mit Schnellreferenzen
Tabelle 1. Flusskategorie und primäre Verwendung
| Kategorie Flussmittel | Primäre Funktion | Typische Chemie |
|---|---|---|
| Salze abdecken | Schutz der Oberfläche vor Oxidation | NaCl-KCl-Gemische, möglicherweise kleine Fluoride |
| Flussmittelveredelung | Oxide und Einschlüsse einfangen | Chlorid+Fluorid-Mischungen, Borate |
| Abkrätzflussmittel | Abschaum begünstigen | Niedrig schmelzende Chloride |
| Wand-Reinigungsflussmittel | Feuerfeste Ablagerungen entfernen | Aggressivere Halogenidmischungen |
| Hartlötflussmittel | Trennoxid zum Verbinden | Fluoride, Halogenide, organische Fahrzeuge |
(Quellen: Technische Gießereiartikel und materialwissenschaftliche Zeitschriften).
Tabelle 2. Pro und Contra: Flux- versus Inertgasentgasung
| Methode | Vorteile | Benachteiligungen |
|---|---|---|
| Flux | Schützt die Oberfläche; fängt Oxide ab; kann die Ausbeute erhöhen | Hinterlässt Rückstände; Feuchtigkeitsrisiko; Entsorgungsprobleme |
| Inertgas-Entgasung | Keine Salzrückstände; effektive Wasserstoffentfernung | Höhere Kapitalkosten; Gaskosten; Wartung der Ausrüstung. |
| Kombiniert | Beste Gesamtschmelzqualität für viele Legierungen | Höchste Komplexität und Kosten |
(Quellen: Leitfäden für die Gießereipraxis und Methodenvergleiche).
Tabelle 3. Typische Salzkomponenten und grobes Schmelzverhalten
| Komponente | Schmelzpunkt (°C) | Rolle |
|---|---|---|
| NaCl | 801 | Hauptanteil der Deckelsalze |
| KCl | 770 | Senkt den Schmelzpunkt bei Mischung mit NaCl |
| NaF | 993 | Modifiziert die Benetzung; aktive Komponente in einigen Mischungen |
| KAlF4 (Kaliumaluminiumfluorid) | ~400-500 (zusammengesetztes Verhalten) | Leistungsmodifikator für Flussmittel |
(Hinweis: Mischungen ergeben Eutektika mit niedrigeren Schmelzpunkten als einzelne Salze).
Aluminium-Schmelz- und Raffinierflussmittel: Technische FAQ
1. Brauchen Bastler beim Schmelzen von Dosen Flussmittel?
2. Entfernt das Flussmittel Wasserstoff aus der Schmelze?
3. Was passiert, wenn das Flussmittel Feuchtigkeit enthält?
4. Sind fluoridhaltige Flussmittel gefährlich?
5. Können Flussmittel feuerfeste Öfen beschädigen?
6. Verändert das Flussmittel die beabsichtigte Legierungschemie?
7. Wie viel Flussmittel sollte ich pro Schmelze hinzufügen?
8. Ist das Flussmittel mit Druckguss- und Kokillenformen kompatibel?
9. Was ist besser für die Qualität: Flux oder Rotationsentgasung?
10. Wie teste ich, ob mein Flussmittel effektiv funktioniert?
Kurze Checkliste für einen Bediener, der sich auf die Verwendung von Flussmitteln vorbereitet
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Stellen Sie sicher, dass das Flussmittel trocken ist und in verschlossenen Behältern gelagert wird.
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Die Schmelze auf den empfohlenen Temperaturbereich vorwärmen.
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Verwenden Sie die empfohlene Dosierung und geben Sie das Flussmittel vorsichtig auf die Oberfläche oder nach der Methode des Lieferanten auf.
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Lassen Sie dem Flussmittel Zeit, zu reagieren und Oxide zu sammeln.
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Vor dem Anzapfen die Flussmittelkrätze gründlich abschöpfen.
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Wenn eine geringe Porosität erforderlich ist, sollte die Entgasung nach oder während der Flussmittelveredelung erfolgen.
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Dokumentation von Ausbeute und Gussqualität zur kontinuierlichen Verbesserung.
Abschließende Empfehlungen (Ingenieur-zu-Ingenieur)
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Beginnen Sie mit Prozesszielen: Festlegung akzeptabler Ziele für Porosität, chemische Beständigkeit und Ausbeute.
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Versuche durchführen: Testen Sie kontrollierte Chargen mit und ohne Flussmittel, messen Sie den Wasserstoff- und Einschlussgehalt und überwachen Sie den Metallverlust.
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Kombinieren Sie Methoden: Für eine qualitativ hochwertige Produktion wird das Fluxen mit einer Rotations-/Erdgasentgasung kombiniert. Dieser hybride Ansatz bietet oft den besten Kompromiss zwischen Sauberkeit und Ausbeute.
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Feuchtigkeit kontrollieren: Die Hauptursache für Ausfälle im Zusammenhang mit Flussmitteln ist nasses Flussmittel. Bewahren Sie das Flussmittel trocken auf und konditionieren Sie es bei Bedarf.