The way of estimating interphase tension in the liquid aluminum alloy - liquid slag

• Autorzy: Suchora-Kozakiewicz, M. , Jackowski, J.

Warianty tytułu

PL

Sposób oceny napięć międzyfazowych w układzie ciekły stop aluminium - ciekły żużel

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In refining treatments (removal of solid inclusions) related to cast aluminum alloys as well as the recycling of cast metal composite material [MMK] on the matrix of aluminum and its alloys, consisting in separation of the components, substances which form another liquid phase (aside from the liquid metal (alloy)) are used. With regard to aluminum alloys, these substances are both refining fluxes and so-called recycling centers. They are composed of molten salt mixtures (mainly chlorides and fluorides). The effectiveness of their action is determined by the value of interphase tensions on the boundary with a liquid metal (alloy), which should be as small as possible. The values of interphase tensions in such system are not very well known, which led to an attempt to specify them in greater detail. A measuring station intended to specify them by means of the so-called ring test was constructed. The principle of conducting such measurements is simple but the method of their performance is difficult due to the specific properties of biphasic systems at significantly elevated temperatures. To complete the test stand (facility), a laboratory resistance crucible furnace was used and a measurement system composed of a probe that cyclically crosses the interphase boundary, the probe drive mechanism and a force gauge that continuously registers the changes in the values of forces acting on the probe. A non-standard massive cast iron crucible with a considerable thermal inertia was placed in the furnace chamber. The metal input (aluminum alloy) and salt mixtures (being refining means or recycling centers) were melted in this crucible. Trials were carried out using fixed values of the probe dimensions, speed of the probe crossing the interphase surface and frequency of registering the force gauge indications. During each series of trials, changes in the temperature values of the tested systems were recorded. It was found that both the method of measuring interphase tensions and the method of its realization performed well, ensuring reliable and reproducible results. The only drawback was the material of the probes used. The stainless steel used to make them proved to have poor resistance to the operating conditions. Despite this, the method and way of determining the interphase tension values in the systems allowed successful realization of the intended research objectives.

PL

W zabiegach rafinacji (usuwania wtrąceń stałych) odlewniczych stopów aluminium oraz recyklingu odlewanych metalowych materiałów kompozytowych (MMK) na osnowie aluminium i jego stopów, polegających na rozdzieleniu składników, stosowane są substancje tworzące drugą obok ciekłego metalu (stopu) fazę ciekłą. W przypadku stopów aluminium substancje te to zarówno topniki rafinujące, jak i tzw. ośrodki recyklingowe. Stanowią je stopione mieszaniny soli (głównie chlorki i fluorki). O skuteczności ich działania decydują wartości napięć międzyfazowych na ich granicy z ciekłym metalem (stopem). Powinny one być jak najmniejsze. Wartości napięć międzyfazowych w takich układach są mało znane, co spowodowało próbę ich dokładnego określenia. Skonstruowano stanowisko pomiarowe mające je określić za pomocą tzw. próby pierścieniowej. Zasada wykonania takich pomiarów jest prosta, lecz sposób jej realizacji jest trudny z racji specyficznych właściwości dwufazowych układów w znacznie podwyższonej temperaturze. Do skompletowania stanowiska badawczego użyto laboratoryjnego oporowego pieca tyglowego oraz układu pomiarowego złożonego z próbnika cyklicznie przekraczającego badane granice międzyfazowe, mechanizm napędu próbnika oraz siłomierza rejestrującego w sposób ciągły zmiany wartości sił działających na próbnik. W komorze pieca umieszczono nietypowy, masywny tygiel żeliwny o dużej bezwładności cieplnej, w którym topiono zarówno wsad metalowy (stop aluminium), jak i mieszaniny soli stanowiące środki rafinujące lub ośrodki recyklingowe. Próby przeprowadzono, stosując stałe wartości wymiarów użytych próbników, prędkości przekraczania przez próbnik powierzchni międzyfazowej oraz częstość rejestrowania wskazań siłomierza. W trakcie każdej z serii prób rejestrowano zmiany wartości temperatury badanych układów. Stwierdzono, że zarówno zastosowana metoda pomiaru napięć międzyfazowych, jak i sposób jej realizowania, zdały egzamin, zapewniając uzyskanie miarodajnych, powtarzalnych wyników. Jedynym mankamentem okazał się materiał stosowanych próbników. Stal nierdzewna służąca do ich wykonania okazała się mało odporna na warunki, w jakich one pracowały. Mimo tego, wykorzystana metoda i sposób określania wartości napięć międzyfazowych w badanych układach pozwoliły na pomyślne zrealizowanie zamierzonych celów badań.

Słowa kluczowe

PL

recykling; rafinacja; napięcia międzyfazowe; pomiary

EN

recycling; refining; interphase tensions; measurements

• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 2
• Strony: 73--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Suchora-Kozakiewicz, M.

• Poznan University of Technology, Materials Technology Institute, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland ,

autor

Jackowski, J.

• Poznan University of Technology, Materials Technology Institute, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Missol W., Energy of surface of phase division in metals, Śląsk, Katowice 1969.
• [2] Jackowski J., The role of interphase tensions in metal recycling of composite materials with saturated reinforcement, Archive of Mechanical Technology and Automation 2006, 26, 1, 39-46.
• [3] Jackowski J., Suchora M., Szymański P., Movement of particles of the reinforcing phase in emulsified drops of composite suspension, Archive of Mechanical Technology and Automation 2008, 26, 1, 73-82.
• [4] Szymański P., Recycling of casts from metal suspension composites, Doctoral dissertation, WBMiZ, PP, Poznań 2009 (unpublished).
• [5] Jackowski J., Movement of liquid matrix in capillaries of materials of reinforcement of recycled composite material with saturated reinforcemen, Archive of Mechanical Technology and Automation 2009, 29, 1, 29-37.
• [6] Adamski C., Postołek H., Kucharski M., Rzadkosz S., New covering and refining slag for aluminum and its alloys, Review of Foundry 1979, 12, 351-354.
• [7] Postołek H., Adamski C., Impact of interphase tensions on refining slag, Archive of Metallurgy 1981, 26, sheet 4, 557-579.
• [8] Jackowski J., Suchora-Kozakiewicz M., Interphase tension assessment stand in liquid recycled metallurgical systems, Archive of Mechanical Technology and Automation 2011, 31, 3, 9-19.
• [9] Jackowski J., Suchora-Kozakiewicz M., Szymański P., Interphase tension estimation in liquid metallurgical systems, In: Polish Metallurgy in the Years 2011-2014, Wyd. Komitet Metalurgii PAN, Wyd. Naukowe AKAPIT, Kraków 2014.
• [10] Adamson A.W., Physical Chemistry of Surfaces, PWN, Warszawa 1963.
• [11] Jackowski J., Suchora-Kozakiewicz M., Assessment of usability of molten salt mixtures in metallurgy of aluminum alloys and recycling of composite materials based on the matrix of alloys, Archives of Metallurgy and Materials 2015, 60, 3, 1731-1735.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).