Meskipun secara fisik memungkinkan untuk melelehkan aluminium tanpa fluks, namun melakukan hal tersebut di lingkungan pengecoran industri secara operasional berbahaya dan merusak kualitas produk. Tanpa fluks atau teknologi pemurnian yang setara (seperti rotary degassing dan filtrasi), aluminium cair dengan cepat teroksidasi, mengembangkan kulit yang tebal aluminium oksida (sampah) dan menyerap hidrogen di atmosfer. Hal ini menyebabkan porositas, kegagalan mekanis, dan kehilangan logam yang berlebihan. Namun, pengecoran modern semakin beralih dari ketergantungan berat pada fluks kimia, dan memilih untuk Peralatan pemurnian fisik canggih dari AdTech-khususnya unit rotary degassing dan filter busa keramik-untuk mencapai kebersihan yang unggul dengan dampak lingkungan yang lebih rendah.
Mengapa fluks ada: fungsi inti
Fluks memiliki beberapa peran berbeda dalam melebur dan memurnikan aluminium:
-
Perlindungan permukaan: lapisan garam mengambang mengisolasi logam cair dari oksigen dan kelembapan atmosfer, sehingga membatasi pembentukan oksida lebih lanjut dan penyerapan hidrogen.
-
Penghapusan oksida: fluks membasahi dan menyerap atau merangkum aluminium oksida (alumina) dan inklusi non-logam lainnya, sehingga memungkinkannya terpisah dari logam cair dan dibuang sebagai sampah.
-
Kontrol hidrogen: beberapa fluks membantu degassing dengan menciptakan saluran atau lingkungan kimiawi yang membantu hidrogen terlarut keluar ke dalam lapisan fluks atau terperangkap dalam fase nonlogam.
-
Peningkatan hasil panen: fluks dapat mengurangi masuknya logam dalam sampah dan mencegah pembakaran elemen paduan reaktif, sehingga meningkatkan persentase logam yang dipulihkan.
-
Kontrol dinding dan sampah: fluks tertentu membatasi penumpukan pada dinding tungku atau sendok dan membuat penanganan sampah lebih aman dan bersih.
Kapan fluks direkomendasikan dan kapan dapat dilewati
Direkomendasikan
-
Mendaur ulang barang bekas campuran dengan cat, plastik, atau kontaminasi yang tidak diketahui.
-
Paduan yang mengandung magnesium atau seng di mana oksidasi dan kehilangan uap menjadi masalah.
-
Lelehan industri besar di mana hasil, kontrol inklusi, dan integritas kimia menjadi prioritas.
-
Saat menyiapkan coran dengan toleransi porositas rendah, dan di mana pemesinan hilir atau integritas struktural sangat penting.
-
Jika atmosfer tungku atau penanganan muatan buruk, fluks mengkompensasi dengan mencegah kontaminasi lebih lanjut.
Sering dilewati
-
Hobi kecil meleleh menggunakan coran yang bersih dan dipangkas atau kaleng yang dilebur dan dituang dengan cepat. Banyak penghobi yang menghindari fluks karena residu, kekacauan, dan risiko kelembaban yang terperangkap.
-
Ketika sistem degassing gas inert yang efektif tersedia dan muatannya bersih serta komposisi paduannya stabil.
-
Jika suatu proses menggunakan ingot yang telah dibersihkan sebelumnya dan kontrol proses yang ketat yang mengurangi pembentukan sampah dan pengambilan hidrogen.
Metalurgi Aluminium Cair dan Masalah Oksida
Untuk memahami perlunya fluks, pertama-tama kita harus memahami perilaku aluminium dalam keadaan cair. Aluminium sangat reaktif. Setelah kontak dengan oksigen, ia membentuk lapisan Aluminium Oksida (Al2O3). Meskipun lapisan ini melindungi aluminium padat dari korosi, namun dalam keadaan cair, lapisan ini menjadi kontaminan.
Ketika aluminium meleleh, ada tiga fenomena utama yang merugikan yang terjadi:
-
Oksidasi: Terbentuknya sampah (skim) pada permukaan.
-
Penyerapan Hidrogen: Aluminium cair bereaksi dengan uap air di udara (
2Al + 3H2O → Al2O3 + 6H), menyerap hidrogen yang menyebabkan porositas pada saat pemadatan. -
Pembentukan Inklusi: Oksida dan refraktori tungku terperangkap di dalam lelehan.
Fluks kimia tradisional adalah satu-satunya solusi selama beberapa dekade. Fluks ini berfungsi dengan mengubah tegangan permukaan lelehan, menciptakan penghalang terhadap oksidasi, dan bereaksi secara kimiawi dengan oksida untuk memisahkannya dari logam murni.
Memahami Mekanisme Agen Pengubah
Fluks biasanya berupa campuran garam, terutama klorida dan fluorida (NaCl, KCl, CaF2). Pengoperasiannya bergantung pada reaksi kimia dan fisika tertentu yang dirancang untuk membasahi inklusi oksida dan memfasilitasi pemisahannya dari lelehan.
Tiga Fungsi Utama Fluks Aluminium
-
Meliputi (Perlindungan): Menciptakan penghalang fisik antara permukaan lelehan dan atmosfer untuk mencegah oksidasi.
-
Drossing (Pemisahan): Mempromosikan reaksi eksotermik yang memanaskan sampah, menyebabkan tetesan aluminium yang terperangkap menyatu dan mengalir kembali ke dalam rendaman, meninggalkan abu bubuk kering yang mudah disaring.
-
Pemurnian (Pembersihan): Bereaksi dengan kotoran terlarut (seperti Kalsium atau Magnesium) dan membantu menghilangkan inklusi non-logam yang tersuspensi.
Tabel 1: Analisis Perbandingan Jenis Fluks vs Tujuan Operasional
| Kategori Fluks | Basis Kimia | Fungsi Utama | Aplikasi Ideal | Alternatif AdTech |
| Meliputi Fluks | NaCl, KCl | Mencegah oksidasi selama penyimpanan. | Tungku yang bergema, waktu tahan yang lama. | Pencuci & Penutup: Transfer tertutup meminimalkan kontak udara. |
| Fluks Drossing | Garam Eksotermik | Memisahkan logam dari kulit oksida. | Operasi skimming, pemulihan sampah. | Pemrosesan Sampah Panas: Pemisahan mekanis mengurangi penggunaan garam. |
| Membersihkan Fluks | Fluorida / Klorida | Menghilangkan inklusi dan hidrogen. | Pengecoran berkualitas tinggi (Aerospace/Auto). | Unit Degassing Putar: Menggunakan gas inert untuk menghilangkan H2 secara fisik. |
| Fluks Pembersih Dinding | Agen Pengoksidasi | Menghilangkan penumpukan korundum di dinding. | Perawatan tungku. | Tidak ada: Perawatan kimia masih diperlukan di sini. |
Bagaimana fluks bekerja dalam lelehan: mekanisme yang dirangkum
-
Pembasahan dan enkapsulasiKomponen fluks menurunkan tegangan permukaan dan membasahi partikel alumina secara istimewa. Hal ini menyebabkan oksida terlepas dari aluminium cair dan secara khusus terikat pada fluks.
-
Pemisahan berdasarkan kepadatancampuran fluks diformulasikan untuk memiliki kepadatan yang lebih rendah daripada aluminium cair, memungkinkan fluks dan inklusi yang tertanam mengapung ke permukaan di mana mereka dihilangkan.
-
Pembentukan penghalangketika meleleh, fluks menyebar ke dalam film kontinu yang mengurangi kontak langsung antara lelehan dan udara, membatasi oksidasi dan penyerapan hidrogen.
-
Reaksi kimiafluorida atau komponen aktif lainnya dapat berinteraksi secara kimiawi dengan oksida tertentu atau melarutkan lapisan oksida tipis untuk memudahkan pembuangan.
Alur kerja industri yang menggunakan fluks: langkah-langkah proses yang umum
-
Persiapan pengisian dayamembersihkan kontaminan besar, menyortir paduan.
-
Melelehmembawa logam ke target superheat.
-
Aplikasi sampulTambahkan garam penutup untuk membentuk perlindungan permukaan. Pengaturan waktu sangat penting.
-
Pemurnian / pembuangan sampahtambahkan fluks pemurnian dan berikan waktu untuk inklusi ditangkap dan sampah naik.
-
Degassingsering dilakukan dalam kombinasi dengan fluks menggunakan rotari gas inert, injeksi tombak, atau degassing dengan bantuan fluks.
-
Membaca sekilas dan mengetukHapus lapisan fluks-sampah, lalu tuangkan.
-
Pembersihanmenghilangkan residu fluks dari bagian cor atau membersihkan anak tangga jika diperlukan.
Metode alternatif dan pelengkap
Degassing gas inert (rotari dan tombak)
-
Bagaimana cara kerjanyagas inert (argon, nitrogen, atau campuran) didispersikan dalam lelehan melalui rotor atau tombak. Kavitasi dan permukaan gelembung menyediakan tempat bagi hidrogen untuk keluar.
-
Kelebihandapat mencapai kandungan hidrogen yang sangat rendah tanpa menambahkan residu garam.
-
Kekuranganbiaya modal, keausan rotor, biaya gas. Sering dikombinasikan dengan fluks untuk hasil terbaik.
Degassing ultrasonik
-
Bagaimana cara kerjanyaGetaran ultrasonik menginduksi kavitasi dan pembentukan gelembung, membantu hidrogen dan inklusi bermigrasi keluar.
-
Kelebihanmenjanjikan kebersihan yang lebih baik dan porositas yang lebih rendah.
-
Kekuranganmasih dalam tahap pengembangan, integrasi peralatan dan masalah pengulangan.
Pencairan yang cepat dan atmosfer yang terkendali
-
Pendekatanmeminimalkan waktu pemaparan logam cair ke atmosfer dan mengontrol lingkungan tungku. Bekerja dengan baik dengan bahan muatan bersih, sering kali dapat digunakan dalam operasi kecil.
Pembersihan dan skimming mekanis
-
PendekatanPenghapusan fisik dari lapisan sampah dan kotoran. Bekerja paling baik dengan logam yang sudah dibersihkan sebelumnya atau setelah fluks digunakan untuk membentuk buih yang terkonsolidasi.
Kriteria pemilihan: cara memilih fluks
Pilih fluks dengan mempertimbangkan variabel-variabel ini:
-
Komposisi paduankeberadaan magnesium, seng, silikon, atau elemen reaktif lainnya memengaruhi kimia fluks mana yang aman dan efektif.
-
Mengisi daya kebersihanskrap yang lebih kotor membutuhkan fluks yang lebih agresif.
-
Kualitas targetpengecoran struktural dengan porositas rendah membutuhkan pemurnian yang lebih hati-hati dan kemungkinan degassing gabungan.
-
Metode proseswadah vs lubang vs tungku putar masing-masing berinteraksi secara berbeda dengan fluks.
-
Batasan peraturan dan lingkunganfluorida dan beberapa halida memiliki batas pembuangan dan tempat kerja.
-
Penerimaan residubagian hilir yang harus bebas dari residu garam memerlukan pembersihan tambahan jika fluks digunakan.
-
Sasaran biaya dan hasilmembandingkan biaya fluks dengan peningkatan persentase logam yang dipulihkan.
Catatan keselamatan, penanganan, penyimpanan, dan lingkungan
-
Sifat higroskopisbanyak fluks garam menyerap kelembaban; fluks basah akan menghasilkan uap dan porositas yang parah ketika ditambahkan ke logam cair. Simpan fluks dalam keadaan kering dan tertutup rapat.
-
Gas dan asap beracunbeberapa komponen fluks mengeluarkan asap berbahaya saat dipanaskan; pembuangan lokal dan penangkap asap sangat penting.
-
Pelindung kulit dan matadebu fluks atau tetesan cairan dapat menyebabkan luka bakar atau iritasi; gunakan APD.
-
Pembuangansampah yang bercampur dengan fluks mungkin memerlukan pembuangan khusus karena kandungan halida atau fluorida. Ikuti peraturan setempat.
-
Kompatibilitasbeberapa fluks akan bereaksi dengan lapisan tahan api atau bahan wadah; verifikasi kompatibilitas dengan sistem tungku Anda.
Memecahkan masalah umum
Masalah: peningkatan porositas setelah penggunaan fluks
-
Penyebab umumfluks basah (kelembapan dalam fluks), fluks yang berlebihan yang menyebabkan garam terperangkap, atau fluks yang ditambahkan ketika suhu leleh terlalu rendah.
-
Perbaikankeringkan fluks dengan benar, lelehkan fluks ke dalam ingot jika direkomendasikan oleh produsen, tambahkan fluks pada suhu yang disarankan, dan gabungkan dengan degassing jika hidrogen tetap tinggi.
Masalah: residu fluks pada coran
-
Karenaskimming yang tidak memadai, pemilihan fluks yang buruk, atau fluks yang masuk ke sistem gating.
-
Perbaikanmengurangi jumlah fluks, memastikan fluks mengapung dan tetap berada di permukaan, menggunakan penyaringan, dan meningkatkan waktu skimming.
Masalah: hasil yang buruk atau kehilangan logam
-
Karenaskimming atau fluks yang terlalu agresif yang melarutkan logam.
-
Perbaikanpilih fluks dengan kepadatan dan titik leleh yang sesuai; latih operator dalam teknik skimming; uji batch kecil.
Daftar periksa pengadaan dan templat spesifikasi
Saat membeli fluks, mintalah data berikut ini dari pemasok:
-
Perincian komposisi (garam utama, persen fluorida).
-
Kisaran leleh dan suhu penggunaan yang disarankan.
-
Kepadatan relatif terhadap aluminium cair.
-
Dosis yang disarankan per ton atau per kg lelehan.
-
Kadar air dan kondisi penyimpanan yang disarankan.
-
MSDS dan CE/ROHS atau dokumen kepatuhan regional.
-
Metode aplikasi yang direkomendasikan dan kontrol keamanan.
-
Metrik peningkatan hasil komponen yang umum dari uji coba pemasok.
Tabel referensi cepat
Tabel 1. Kategori fluks versus penggunaan utama
| Kategori fluks | Fungsi utama | Kimia yang khas |
|---|---|---|
| Garam penutup | Melindungi permukaan dari oksidasi | Campuran NaCl-KCl, kemungkinan fluorida kecil |
| Fluks pemurnian | Menangkap oksida dan inklusi | Campuran klorida + fluorida, borat |
| Fluks sampah | Mendorong sampah yang dapat di skim | Klorida dengan leleh rendah |
| Fluks pembersih dinding | Menghilangkan penumpukan refraktori | Campuran halida yang lebih agresif |
| Fluks mematri | Pecahkan oksida untuk bergabung | Fluorida, halida, kendaraan organik |
(Sumber: artikel pengecoran teknis dan ulasan ilmu pengetahuan material).
Tabel 2. Pro dan kontra: fluks versus degassing gas inert
| Metode | Keuntungan | Kekurangan |
|---|---|---|
| Fluks | Melindungi permukaan; menangkap oksida; dapat meningkatkan hasil | Meninggalkan residu; risiko kelembaban; masalah pembuangan |
| Degassing gas inert | Tidak ada residu garam; penghilangan hidrogen yang efektif | Higher capital cost; gas cost; equipment maintenance. |
| Gabungan | Kualitas lelehan terbaik secara keseluruhan untuk banyak paduan | Kompleksitas dan biaya tertinggi |
(Sumber: panduan praktik pengecoran dan perbandingan metode).
Tabel 3. Komponen garam yang khas dan perilaku peleburan yang kasar
| Komponen | Titik leleh (°C) | Peran |
|---|---|---|
| NaCl | 801 | Bagian utama dari garam penutup |
| KCl | 770 | Menurunkan titik leleh saat dicampur dengan NaCl |
| NaF | 993 | Memodifikasi pembasahan; komponen aktif dalam beberapa campuran |
| KAlF4 (kalium aluminium fluorida) | ~400-500 (perilaku majemuk) | Pengubah kinerja fluks |
(Catatan: campuran menghasilkan eutektik dengan titik leleh yang lebih rendah daripada garam individual).
Fluks Peleburan & Pemurnian Aluminium: Pertanyaan Umum Teknis
1. Apakah para penghobi membutuhkan fluks saat melelehkan kaleng?
2. Apakah fluks akan menghilangkan hidrogen dari lelehan?
3. Apa yang terjadi jika fluks mengandung uap air?
4. Apakah fluks yang mengandung fluoride berbahaya?
5. Apakah fluks dapat merusak tungku tahan api?
6. Apakah fluks mengubah kimia paduan yang dimaksudkan?
7. Berapa banyak fluks yang harus saya tambahkan per lelehan?
8. Apakah fluks kompatibel dengan die casting dan cetakan permanen?
9. Mana yang lebih baik untuk kualitas: fluks atau rotary degassing?
10. Bagaimana cara menguji apakah fluks saya bekerja secara efektif?
Daftar periksa singkat untuk operator yang bersiap menggunakan fluks
-
Pastikan fluks sudah kering dan disimpan dalam wadah tertutup.
-
Panaskan terlebih dahulu lelehan ke kisaran suhu yang disarankan.
-
Gunakan dosis yang disarankan dan tambahkan fluks dengan lembut ke permukaan atau sesuai metode pemasok.
-
Biarkan waktu diam agar fluks bereaksi dan mengumpulkan oksida.
-
Singkirkan lapisan fluks-sampah secara menyeluruh sebelum mengetuk.
-
Jika porositas rendah diperlukan, lakukan degassing setelah atau selama pemurnian fluks.
-
Hasil dokumen dan kualitas pengecoran untuk peningkatan berkelanjutan.
Rekomendasi akhir (dari insinyur ke insinyur)
-
Mulailah dengan tujuan prosesmenentukan porositas yang dapat diterima, ketepatan kimiawi, dan target hasil.
-
Jalankan uji cobamenguji batch terkontrol dengan dan tanpa fluks, mengukur tingkat hidrogen dan inklusi, serta memantau kehilangan logam.
-
Gabungkan metodeuntuk produksi berkualitas tinggi, pasangkan fluks dengan degassing gas putar/inert. Pendekatan hibrida ini sering kali menghasilkan kompromi terbaik antara kebersihan dan hasil.
-
Kontrol kelembabanpenyebab tunggal terbesar kegagalan terkait fluks adalah fluks basah. Pertahankan penyimpanan kering dan kondisikan fluks jika diperlukan.