Alüminomagnezyum Alaşımlarının Alüminotermik İndirgeme Yöntemiyle Üretimi

Abstract

Bu çalışma, alüminyumun erime noktasının üzerindeki sıcaklıklarda uygulanan alternatif bir ısıtma ve eritme süreci ile alüminyum-magnezyum (Al-Mg) alaşımlarının 'alüminotermik' indirgeme yöntemiyle üretimini incelemekte; ardından önemli özelliklerin, mikroyapısal değişimlerin ve çeşitli faz oluşumlarının belirlenmesi amacıyla kapsamlı bir termodinamik analiz gerçekleştirmektedir. Analiz için gerekli temel termodinamik veriler, çeşitli deneysel çalışmalardan elde edilen literatür kaynaklarından alınmış ve Thermo-Calc ile FACTSAGE programları kullanılarak hesaplanmıştır. Normal atmosfer basıncında, (8–15 wt%) aralığında değişen Mg içeriklerine sahip alaşımlar üretilmiş ve yavaş soğutma yöntemiyle bileşimsel homojenlik sağlanmıştır. Bu çalışmanın temel amacı, doğrudan Al-Mg alaşımlarının üretilmesi ve katılaşma sırasında oluşan fazların tartışılmasıdır. Birincil magnezyum üretim yöntemi olan 'Pidgeon prosesi' ile alternatif alüminotermik yöntem karşılaştırıldığında, karbon salınımı olmayan, kolay ve ekonomik bir yöntem sunduğu görülmektedir. Bu çalışmanın hedefleri arasında, sıvı saf alüminyum ve Al-Si alaşımında magnezyum aktivitesi ölçümleri, mikroyapı evriminin izlenmesi, farklı faz oluşumlarının karşılaştırılması ve sıvı alüminyumda Mg çözünürlüğünün incelenmesi yer almaktadır. Ayrıca, Al-Mg alaşımı üretiminde sıcaklık, fırında bekletme süresi, hammadde oranları ve fırın atmosferinin etkileri; özellikle Mg çözünürlüğü, aktivitesi ve MgO indirgenmesi açısından araştırılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda, daha yüksek sıcaklıkların ve inert atmosfer koşullarının Mg çözünürlüğünü artırdığı, ayrıca silisyum varlığının MgO'nun indirgenmesini önemli ölçüde iyileştirdiği belirlenmiştir. Al-Mg alaşımlarında yeterli demir içeriğinin bulunması ve silisyumun sentezleyici olarak rol oynamasıyla FIMC (demir içeren ara metalik bileşik) fazının oluştuğu gözlemlenmiştir.This study examines an alternative heating and melting process used to produce aluminum-magnesium (Al-Mg) alloys by the 'aluminothermic' reduction method at a temperature higher than the melting point of aluminum, followed by a thorough thermodynamic analysis to identify important features, microstructure changes, and various phase formations. Basic thermodynamic data required for the analysis have been taken from the literature from various experiments and calculated using Thermocalc and FACTSAGE. At normal atmospheric pressure, alloys with varying Mg contents (8–15 wt%) were produced, guaranteeing compositional homogeneity by slow cooling. A key part of this study is to directly produce Al-Mg alloys and discuss the phase formations during solidification. Comparing the primary Mg production method, the 'Pidgeon process' with an alternative aluminothermic method offers an easy and economical way with zero carbon emissions. Objectives include activity measurements in liquid Pure aluminum and Al-Si alloy, microstructural evolution, comparing various phase formations, and study of the dissolution of Mg in liquid aluminum. Also, to investigate the effects of temperature, holding times, furnace, ratio of raw materials, and furnace atmosphere on the production of Al-Mg alloy, particularly with Mg dissolution, activity, and MgO reduction. It was found that higher temperatures and inert atmospheres lead to higher Mg dissolutions, and the presence of silicon significantly improves the reduction of MgO. FIMC form due to sufficient iron content in Al-Mg alloys with Si as a synthesizer.