एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में विभिन्न तत्वों की भूमिका

ताँबा

जब एल्यूमीनियम-तांबा मिश्र धातु का एल्यूमीनियम-समृद्ध भाग 548 होता है, तो एल्यूमीनियम में तांबे की अधिकतम घुलनशीलता 5.65% होती है। जब तापमान 302 तक गिर जाता है, तो तांबे की घुलनशीलता 0.45% होती है। तांबा एक महत्वपूर्ण मिश्र धातु तत्व है और इसका एक निश्चित ठोस विलयन सुदृढ़ीकरण प्रभाव होता है। इसके अलावा, उम्र बढ़ने से अवक्षेपित CuAl2 का भी स्पष्ट उम्र बढ़ने पर सुदृढ़ीकरण प्रभाव होता है। एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में तांबे की मात्रा आमतौर पर 2.5% और 5% के बीच होती है, और सुदृढ़ीकरण प्रभाव सबसे अच्छा तब होता है जब तांबे की मात्रा 4% और 6.8% के बीच होती है, इसलिए अधिकांश ड्यूरालुमिन मिश्र धातुओं में तांबे की मात्रा इसी सीमा के भीतर होती है। एल्यूमीनियम-तांबा मिश्र धातुओं में सिलिकॉन, मैग्नीशियम, मैंगनीज, क्रोमियम, जस्ता, लोहा और अन्य तत्व कम हो सकते हैं।

सिलिकॉन

जब Al-Si मिश्र धातु प्रणाली के एल्यूमीनियम-समृद्ध भाग का गलनक्रांतिक तापमान 577 होता है, तो ठोस विलयन में सिलिकॉन की अधिकतम घुलनशीलता 1.65% होती है। यद्यपि तापमान घटने के साथ घुलनशीलता कम हो जाती है, फिर भी इन मिश्र धातुओं को आमतौर पर ऊष्मा उपचार द्वारा मजबूत नहीं बनाया जा सकता है। एल्यूमीनियम-सिलिकॉन मिश्र धातु में उत्कृष्ट ढलाई गुण और संक्षारण प्रतिरोध होता है। यदि एल्यूमीनियम-मैग्नीशियम-सिलिकॉन मिश्र धातु बनाने के लिए एल्यूमीनियम में एक ही समय में मैग्नीशियम और सिलिकॉन मिलाया जाता है, तो सुदृढ़ीकरण चरण MgSi होता है। मैग्नीशियम और सिलिकॉन का द्रव्यमान अनुपात 1.73:1 है। Al-Mg-Si मिश्र धातु की संरचना को डिज़ाइन करते समय, मैट्रिक्स पर मैग्नीशियम और सिलिकॉन की सामग्री को इसी अनुपात में कॉन्फ़िगर किया जाता है।

Al-Mg2Si मिश्र धातु प्रणाली के संतुलन प्रावस्था आरेख के एल्युमीनियम-समृद्ध भाग में एल्युमीनियम में Mg2Si की अधिकतम घुलनशीलता 1.85% है, और तापमान घटने पर मंदन कम होता है। विकृत एल्युमीनियम मिश्र धातुओं में, एल्युमीनियम में केवल सिलिकॉन मिलाने का उपयोग वेल्डिंग सामग्री तक ही सीमित है, और एल्युमीनियम में सिलिकॉन मिलाने का एक निश्चित सुदृढ़ीकरण प्रभाव भी होता है।

मैगनीशियम

यद्यपि घुलनशीलता वक्र दर्शाता है कि तापमान में कमी के साथ एल्यूमीनियम में मैग्नीशियम की घुलनशीलता बहुत कम हो जाती है, अधिकांश औद्योगिक विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में मैग्नीशियम की मात्रा 6% से कम होती है। सिलिकॉन की मात्रा भी कम होती है। इस प्रकार के मिश्र धातु को ऊष्मा उपचार द्वारा मजबूत नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसमें अच्छी वेल्डेबिलिटी, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और मध्यम शक्ति होती है। मैग्नीशियम द्वारा एल्यूमीनियम का सुदृढ़ीकरण स्पष्ट है। मैग्नीशियम में प्रत्येक 1% की वृद्धि के लिए, तन्य शक्ति लगभग 34MPa बढ़ जाती है। यदि 1% से कम मैंगनीज मिलाया जाए, तो सुदृढ़ीकरण प्रभाव को पूरक किया जा सकता है। इसलिए, मैंगनीज मिलाने से मैग्नीशियम की मात्रा कम हो सकती है और गर्म दरार की प्रवृत्ति कम हो सकती है। इसके अलावा, मैंगनीज Mg5Al8 यौगिकों को समान रूप से अवक्षेपित भी कर सकता है, जिससे संक्षारण प्रतिरोध और वेल्डिंग प्रदर्शन में सुधार होता है।

मैंगनीज

जब Al-Mn मिश्र धातु प्रणाली के समतल संतुलन चरण आरेख का यूटेक्टिक तापमान 658 होता है, तो ठोस विलयन में मैंगनीज की अधिकतम घुलनशीलता 1.82% होती है। घुलनशीलता में वृद्धि के साथ मिश्र धातु की शक्ति भी बढ़ती है। जब मैंगनीज की मात्रा 0.8% होती है, तो बढ़ाव अधिकतम मान पर पहुँच जाता है। Al-Mn मिश्र धातु एक गैर-आयु सख्त मिश्र धातु है, अर्थात इसे ऊष्मा उपचार द्वारा मजबूत नहीं किया जा सकता है। मैंगनीज एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की पुनःक्रिस्टलीकरण प्रक्रिया को रोक सकता है, पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान को बढ़ा सकता है, और पुनःक्रिस्टलीकृत कणों को महत्वपूर्ण रूप से परिष्कृत कर सकता है। पुनःक्रिस्टलीकृत कणों का शोधन मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण होता है कि MnAl6 यौगिकों के बिखरे हुए कण पुनःक्रिस्टलीकृत कणों की वृद्धि में बाधा डालते हैं। MnAl6 का एक अन्य कार्य अशुद्ध लोहे को घोलकर (Fe, Mn)Al6 बनाना है, जिससे लोहे के हानिकारक प्रभाव कम होते हैं। मैंगनीज एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में एक महत्वपूर्ण तत्व है। इसे अकेले मिलाकर Al-Mn द्वि-मिश्र धातु बनाई जा सकती है। अधिकतर इसे अन्य मिश्रधातु तत्वों के साथ मिलाया जाता है। इसलिए, अधिकांश एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में मैंगनीज़ होता है।

जस्ता

अल-ज़ैन मिश्र धातु प्रणाली के संतुलन चरण आरेख के एल्यूमीनियम-समृद्ध भाग में एल्यूमीनियम में जस्ता की घुलनशीलता 275 पर 31.6% है, जबकि 125 पर इसकी घुलनशीलता 5.6% तक गिर जाती है। एल्यूमीनियम में अकेले जस्ता मिलाने से विरूपण स्थितियों के तहत एल्यूमीनियम मिश्र धातु की ताकत में बहुत सीमित सुधार होता है। साथ ही, तनाव संक्षारण दरार की प्रवृत्ति होती है, इस प्रकार इसका अनुप्रयोग सीमित होता है। एल्यूमीनियम में एक ही समय में जस्ता और मैग्नीशियम मिलाने से सुदृढ़ीकरण चरण Mg/Zn2 बनता है, जिसका मिश्र धातु पर महत्वपूर्ण सुदृढ़ीकरण प्रभाव पड़ता है। जब Mg/Zn2 सामग्री 0.5% से 12% तक बढ़ा दी जाती है, तो तन्य शक्ति और उपज शक्ति में काफी वृद्धि हो सकती है। उदाहरण के लिए, Al-Zn-Mg में तांबा तत्व मिलाने से Al-Zn-Mg-Cu श्रेणी का मिश्रधातु बनता है। इसका आधार सुदृढ़ीकरण प्रभाव सभी एल्यूमीनियम मिश्रधातुओं में सबसे अधिक होता है। यह एयरोस्पेस, विमानन उद्योग और विद्युत ऊर्जा उद्योग में भी एक महत्वपूर्ण एल्यूमीनियम मिश्रधातु सामग्री है।

लोहा और सिलिकॉन

लोहे को Al-Cu-Mg-Ni-Fe श्रृंखला के गढ़े एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में मिश्र धातु तत्व के रूप में जोड़ा जाता है, और सिलिकॉन को Al-Mg-Si श्रृंखला के गढ़े एल्यूमीनियम और Al-Si श्रृंखला वेल्डिंग रॉड और एल्यूमीनियम-सिलिकॉन कास्टिंग मिश्र धातुओं में मिश्र धातु तत्व के रूप में जोड़ा जाता है। आधार एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में, सिलिकॉन और लोहा सामान्य अशुद्धता तत्व हैं, जो मिश्र धातु के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं। वे मुख्य रूप से FeCl3 और मुक्त सिलिकॉन के रूप में मौजूद हैं। जब सिलिकॉन लोहे से बड़ा होता है, तो β-FeSiAl3 (या Fe2Si2Al9) चरण बनता है, और जब लोहा सिलिकॉन से बड़ा होता है, तो α-Fe2SiAl8 (या Fe3Si2Al12) बनता है। जब लोहे और सिलिकॉन का अनुपात अनुचित होता है, तो यह कास्टिंग में दरारें पैदा करेगा

टाइटेनियम और बोरॉन

टाइटेनियम, एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला एक योजक तत्व है, जिसे Al-Ti या Al-Ti-B मास्टर मिश्रधातु के रूप में मिलाया जाता है। टाइटेनियम और एल्युमीनियम मिलकर TiAl2 प्रावस्था बनाते हैं, जो क्रिस्टलीकरण के दौरान एक गैर-स्वतःस्फूर्त कोर बन जाता है और ढलाई संरचना और वेल्ड संरचना को परिष्कृत करने में भूमिका निभाता है। जब Al-Ti मिश्रधातुएँ पैकेज अभिक्रिया से गुज़रती हैं, तो टाइटेनियम की महत्वपूर्ण मात्रा लगभग 0.15% होती है। यदि बोरॉन मौजूद हो, तो यह मंदी 0.01% जितनी कम होती है।

क्रोमियम

क्रोमियम, Al-Mg-Si श्रेणी, Al-Mg-Zn श्रेणी और Al-Mg श्रेणी के मिश्रधातुओं में एक सामान्य योजक तत्व है। 600°C पर, एल्युमीनियम में क्रोमियम की घुलनशीलता 0.8% होती है, और यह कमरे के तापमान पर लगभग अघुलनशील होता है। क्रोमियम, एल्युमीनियम में (CrFe)Al7 और (CrMn)Al12 जैसे अंतरधात्विक यौगिक बनाता है, जो पुनर्क्रिस्टलीकरण की नाभिकीकरण और वृद्धि प्रक्रिया में बाधा डालते हैं और मिश्रधातु पर एक निश्चित सुदृढ़ीकरण प्रभाव डालते हैं। यह मिश्रधातु की कठोरता में भी सुधार कर सकता है और तनाव संक्षारण दरारों की संवेदनशीलता को कम कर सकता है।

हालाँकि, यह स्थान शमन संवेदनशीलता को बढ़ाता है, जिससे एनोडाइज्ड फिल्म पीली हो जाती है। एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में मिलाए जाने वाले क्रोमियम की मात्रा आमतौर पर 0.35% से अधिक नहीं होती है, और मिश्रधातु में संक्रमण तत्वों की वृद्धि के साथ घटती जाती है।

स्ट्रोंटियम

स्ट्रोंटियम एक सतह-सक्रिय तत्व है जो अंतरधात्विक यौगिक प्रावस्थाओं के व्यवहार को क्रिस्टलोग्राफी द्वारा परिवर्तित कर सकता है। इसलिए, स्ट्रोंटियम तत्व के साथ संशोधन उपचार मिश्रधातु की प्लास्टिक कार्यशीलता और अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार कर सकता है। अपने लंबे प्रभावी संशोधन समय, अच्छे प्रभाव और पुनरुत्पादन क्षमता के कारण, स्ट्रोंटियम ने हाल के वर्षों में Al-Si ढलाई मिश्रधातुओं में सोडियम के उपयोग का स्थान ले लिया है। निष्कासन के लिए एल्यूमीनियम मिश्रधातु में 0.015%~0.03% स्ट्रोंटियम मिलाने से पिंड में β-AlFeSi प्रावस्था α-AlFeSi प्रावस्था में परिवर्तित हो जाती है, जिससे पिंड के समरूपीकरण समय में 60%~70% की कमी आती है, जिससे पदार्थों के यांत्रिक गुणों और प्लास्टिक प्रसंस्करण क्षमता में सुधार होता है; और उत्पादों की सतह खुरदरापन में भी सुधार होता है।

उच्च-सिलिकॉन (10%~13%) विकृत एल्युमीनियम मिश्रधातुओं के लिए, 0.02%~0.07% स्ट्रोंटियम तत्व मिलाने से प्राथमिक क्रिस्टल न्यूनतम हो सकते हैं, और यांत्रिक गुणों में भी उल्लेखनीय सुधार होता है। तन्य शक्ति бb 233MPa से बढ़कर 236MPa हो जाती है, और उपज शक्ति б0.2 204MPa से बढ़कर 210MPa हो जाती है, और दीर्घीकरण б5 9% से बढ़कर 12% हो जाता है। हाइपरयूटेक्टिक Al-Si मिश्रधातु में स्ट्रोंटियम मिलाने से प्राथमिक सिलिकॉन कणों का आकार कम हो सकता है, प्लास्टिक प्रसंस्करण गुणों में सुधार हो सकता है, और सुचारू रूप से गर्म और ठंडी रोलिंग संभव हो सकती है।

zirconium

ज़िरकोनियम भी एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में एक सामान्य योजक है। सामान्यतः, एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में इसकी मात्रा 0.1% से 0.3% तक होती है। ज़िरकोनियम और एल्युमीनियम मिलकर ZrAl3 यौगिक बनाते हैं, जो पुनःक्रिस्टलीकरण प्रक्रिया में बाधा डाल सकते हैं और पुनःक्रिस्टलीकृत कणों को परिष्कृत कर सकते हैं। ज़िरकोनियम ढलाई संरचना को भी परिष्कृत कर सकता है, लेकिन इसका प्रभाव टाइटेनियम की तुलना में कम होता है। ज़िरकोनियम की उपस्थिति टाइटेनियम और बोरॉन के कण शोधन प्रभाव को कम कर देगी। Al-Zn-Mg-Cu मिश्रधातुओं में, चूँकि ज़िरकोनियम का शमन संवेदनशीलता पर क्रोमियम और मैंगनीज़ की तुलना में कम प्रभाव होता है, इसलिए पुनःक्रिस्टलीकृत संरचना को परिष्कृत करने के लिए क्रोमियम और मैंगनीज़ के बजाय ज़िरकोनियम का उपयोग करना उचित है।

दुर्लभ पृथ्वी तत्व

एल्युमीनियम मिश्रधातु की ढलाई के दौरान घटकों के अतिशीतलन को बढ़ाने, कणों को परिष्कृत करने, द्वितीयक क्रिस्टल अंतराल को कम करने, मिश्रधातु में गैसों और समावेशन को कम करने, और समावेशन प्रावस्था को गोलाकार बनाने के लिए एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में दुर्लभ मृदा तत्व मिलाए जाते हैं। यह पिघले हुए पदार्थ के पृष्ठ तनाव को भी कम कर सकता है, तरलता बढ़ा सकता है, और सिल्लियों में ढलाई को सुगम बना सकता है, जिसका प्रक्रिया प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। लगभग 0.1% की मात्रा में विभिन्न दुर्लभ मृदा तत्वों को मिलाना बेहतर होता है। मिश्रित दुर्लभ मृदा तत्वों (मिश्रित La-Ce-Pr-Nd, आदि) को मिलाने से Al-0.65%Mg-0.61%Si मिश्रधातु में एजिंग G?P क्षेत्र के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण तापमान कम हो जाता है। मैग्नीशियम युक्त एल्युमीनियम मिश्रधातु दुर्लभ मृदा तत्वों के कायांतरण को प्रोत्साहित कर सकते हैं।

अपवित्रता

वैनेडियम, एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में VAl11 अपवर्तक यौगिक बनाता है, जो पिघलने और ढलाई की प्रक्रिया के दौरान कणों को परिष्कृत करने में भूमिका निभाता है, लेकिन इसकी भूमिका टाइटेनियम और ज़िरकोनियम की तुलना में कम होती है। वैनेडियम पुनःक्रिस्टलीकृत संरचना को परिष्कृत करने और पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान को बढ़ाने का भी प्रभाव डालता है।

एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में कैल्शियम की ठोस घुलनशीलता अत्यंत कम होती है, और यह एल्युमीनियम के साथ CaAl4 यौगिक बनाता है। कैल्शियम, एल्युमीनियम मिश्रधातुओं का एक अतिप्लास्टिक तत्व है। लगभग 5% कैल्शियम और 5% मैंगनीज युक्त एल्युमीनियम मिश्रधातु में अतिप्लास्टिकता होती है। कैल्शियम और सिलिकॉन मिलकर CaSi बनाते हैं, जो एल्युमीनियम में अघुलनशील है। चूँकि सिलिकॉन की ठोस विलयन मात्रा कम हो जाती है, इसलिए औद्योगिक शुद्ध एल्युमीनियम की विद्युत चालकता में थोड़ा सुधार किया जा सकता है। कैल्शियम, एल्युमीनियम मिश्रधातुओं के काटने के प्रदर्शन को बेहतर बना सकता है। CaSi2, ऊष्मा उपचार द्वारा एल्युमीनियम मिश्रधातुओं को सुदृढ़ नहीं कर सकता। कैल्शियम की अल्प मात्रा पिघले हुए एल्युमीनियम से हाइड्रोजन को निकालने में सहायक होती है।

सीसा, टिन और बिस्मथ तत्व कम गलनांक वाली धातुएँ हैं। एल्युमीनियम में इनकी ठोस घुलनशीलता कम होती है, जिससे मिश्रधातु की मजबूती थोड़ी कम हो जाती है, लेकिन काटने की क्षमता में सुधार हो सकता है। बिस्मथ जमने के दौरान फैलता है, जो फीडिंग के लिए फायदेमंद है। उच्च मैग्नीशियम मिश्रधातुओं में बिस्मथ मिलाने से सोडियम भंगुरता को रोका जा सकता है।

एंटीमनी का उपयोग मुख्यतः ढली हुई एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में संशोधक के रूप में किया जाता है, और विकृत एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में इसका प्रयोग बहुत कम होता है। सोडियम भंगुरता को रोकने के लिए केवल Al-Mg विकृत एल्युमीनियम मिश्रधातु में बिस्मथ की जगह एंटीमनी का उपयोग किया जाता है। कुछ Al-Zn-Mg-Cu मिश्रधातुओं में एंटीमनी तत्व को गर्म दबाव और ठंडे दबाव प्रक्रियाओं के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए मिलाया जाता है।

बेरिलियम विकृत एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में ऑक्साइड फिल्म की संरचना में सुधार कर सकता है और पिघलने व ढलाई के दौरान दहन क्षति और समावेशन को कम कर सकता है। बेरिलियम एक विषैला तत्व है जो मनुष्यों में एलर्जी पैदा कर सकता है। इसलिए, बेरिलियम को उन एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में नहीं रखा जा सकता जो खाद्य और पेय पदार्थों के संपर्क में आती हैं। वेल्डिंग सामग्री में बेरिलियम की मात्रा आमतौर पर 8μg/ml से कम नियंत्रित की जाती है। वेल्डिंग सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किए जाने वाले एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में भी बेरिलियम की मात्रा को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

सोडियम एल्यूमीनियम में लगभग अघुलनशील है, और अधिकतम ठोस घुलनशीलता 0.0025% से कम है। सोडियम का गलनांक कम (97.8 ℃) होता है, जब सोडियम मिश्र धातु में मौजूद होता है, तो यह ठोसकरण के दौरान डेन्ड्राइट सतह या अनाज की सीमा पर सोख लिया जाता है, गर्म प्रसंस्करण के दौरान, अनाज की सीमा पर सोडियम एक तरल सोखना परत बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप भंगुर दरारें होती हैं, NaAlSi यौगिकों का निर्माण होता है, कोई मुक्त सोडियम मौजूद नहीं होता है, और "सोडियम भंगुर" का उत्पादन नहीं करता है।

जब मैग्नीशियम की मात्रा 2% से अधिक हो जाती है, तो मैग्नीशियम सिलिकॉन को हटा देता है और मुक्त सोडियम को अवक्षेपित कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप "सोडियम भंगुरता" उत्पन्न होती है। इसलिए, उच्च मैग्नीशियम एल्यूमीनियम मिश्रधातु में सोडियम लवण प्रवाह का उपयोग करने की अनुमति नहीं है। "सोडियम भंगुरता" को रोकने के तरीकों में क्लोरीनीकरण शामिल है, जिससे सोडियम NaCl बनाता है और धातुमल में प्रवाहित होता है, बिस्मथ मिलाकर Na2Bi बनाता है और धातु मैट्रिक्स में प्रवेश करता है; एंटीमनी मिलाकर Na3Sb बनाता है या दुर्लभ मृदाएँ मिलाकर भी यही प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है।

MAT एल्युमिनियम से मे जियांग द्वारा संपादित