فیلتر های سرامیکی مورد استفاده در ریخته گری

نویسنده مطلب: فاطمه حاجی محمدی

وجود ناخالصی های غیر فلزی یکی از شایع ترین عیوبی است که ریخته گران فلزات با آن مواجه هستند. حضور این ناخالصی ها اثر مخربی روی سطح نهایی قطعه ریخته گری شده، خواص مکانیکی و خواص ماشین کاری آن می گذارد، به حدی که در برخی قطعات و آلیاژها، حتی یک جابجایی شدید و یا بسته بندی محکم می تواند باعث تخریب قطعه شود. یکی از تاثیرگذارترین راه های حذف ناخالصی ها در ریخته گری فلزات استفاده از فیلتر در مسیر ورود مذاب به قالب های ریخته گری یا سیستم راهگاهی است. فیلتر با قرار گرفتن در مسیر ورودی مذاب در هنگام ذوب ریزی، انواع ذرات خارجی، ناخالصی و آخال ها را از آن خارج و مذاب را تصفیه می کند.

فيلترها در ريخته گري فلزات باعث كاهش ضايعات و بهبود ويژگي هايی مثل بهبود ماشين كاری، ساده شدن سيستم بارريزی و بهبود در توليدات مي شوند. همچنین تاثیر قابل ملاحظه ای در بهبود کیفیت قطعات ریخته گری شده با حساسیت بالا از جمله قطعات دارای جداره نازک و قطعات دارای تلرانس های دقیق می گذارند.
جنس پایه فیلترهای مورد استفاده در ریخته گری، سرامیکی است و در چند مدل مختلف تولید می شوند که مقاومت بالایی در برابر شوک حرارتی دارند و هر کدام برای ریخته گری فلزات خاص استفاده می شوند.

ریخته گری چیست؟ + ویدیویی دیدنی از کارخانه ریخته گری بنتون در آمریکا

فواید استفاده از فیلترهای سرامیکی:

از جمله فواید استفاده از این فیلترها کاهش یا حتی حذف میزان قایل ملاحظه ای از ناخالصی ها، اکسیدها و آخال های باقی مانده در مذاب است. همچنین این فیلترها می توانند باعث کاهش مقدار اغتشاش مذاب در حین پر شدن قالب شوند و عیوب سطحی قطعه ریخته گری شده را کاهش دهند.

در واقع این فیلترها می توانند ضمن کاهش ناخالصی ها، خواص مکانیکی قطعه مثل استحکام کششی و ازدیاد طول را بهبود داده و باعث افزایش کیفیت نهایی قطعه شوند.

انواع فیلترهای سرامیکی:

فیلترهای سرامیکی در سه نوع زیر تولید می شود:

فیلتر سرامیکی سیلیکون کاربایدی: این فیلترها مناسب برای تصفیه کردن مذاب چدن، برنج و برنز هستند. رنگ این فیلترها معمولاً خاکستری مایل به مشکی است.

فیلتر سرامیکی زیرکونیومی یا زیرکونیایی: این فیلترها که به رنگ زرد متمایل به سفید تولید می شوند، بیشتر در تصفیه مذاب فولاد کاربرد دارند.

فیلتر سرامیکی آلومینایی: این فیلترهای سفید رنگ در دو نوع با دو کاربرد متفاوت تولید می شوند که نوع اول این فیلترها مناسب برای تصفیه مذاب الومنیوم است و نوع دوم برای تصفیه بارهای حساس منیزیمی است.

فیلتر سیلیکون کارباید:

فیلترهایی که از جنس سیلیکون کارباید تولید می شوند دارای استحکام مکانیکی بالا و مقاوم به شوک های حرارتی هستند. از این فیلترها می توان تا دمای ۱۴۵۰ درجه سانتیگراد استفاده کرد. رنگ این فیلترها خاکستری است و کاربرد آنها در تصفیه چدن، برنز و برنج است.

فیلتر سرامیکی زیرکونیومی:

فیلترهای تولید شده با این جنس قابلیت تحمل حرارت تا دمای ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد را دارند و رنگ آن ها زرد متمایل به سفید است. استفاده از این فیلترها تاثیر زیادی در کاهش عیوب ریخته گری دارد. این فیلترها باعث تصفیه فولاد از آخال و ناخالصی ها می شوند و با کنترل میزان ذوب رسانی مخصوصاً در فولادهایی که با فلزات گرانبها شارژ می شوند باعث کاهش عیوب ریخته گری می شوند.

این فیلترها همچنین برای تصفیه ی انواع آلیاژهای فولادی مثل فولادهای زنگ نزن به خصوص با پایه کبالت و نیکل مورد استفاده قرار می گیرند تا باعث کاهش خسارت و افزایش کیفیت قطعات ریخته گری شوند.

فیلتر سرامیکی آلومینایی:

درجه تحمل حرارت این فیلترها ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد است. این فیلترها که به رنگ سفید هستند با پایه آلومینا تولید می شوند و استفاده از آنها ضروری است زیرا این فیلترها در نوع اول برای تصفیه آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرند که آلومینیوم جزو فلزات حساس است به همین دلیل استفاده از فیلتر ضروری است.

این فیلترها در نوع دوم که برای تصفیه ی بارهای حساس منیزیمی است مانع ورود اکسیدهایی می شوند که ورود آنها باعث کاهش کیفیت قطعه می شود.

فاکتور های نامگذاری فیلترهای سرامیکی:

عدد تخلخل فیلترهای سرامیکی یکی از مهم ترین فاکتورهای نامگذاری آن ها است که به اختصار به آن PPI می گویند.

عدد تخلخل فیلتر تعداد سوراخ های آن در اینچ طولی است که در این فیلترها بین ۱۰ تا ۶۰ متغیر است و متداول و پر مصرف ترین آن ۱۰ تا ۳۰ می باشد. هرچه عدد PPI بالاتر باشد، به معنای آن بوده که در هر اینچ (معادل ۲٫۵۴ میلیمتر) تعداد تخلخل بیشتر بوده و لذا اندازه حفرات کوچک تر می باشند. بسته به کاربرد موردنظر، انتخاب PPI فیلتر سرامیکی امری مهم و تکنیکی به شمار می رود. مسلماً PPI بالاتر ظرفیت فیلتراسیون ذرات کوچک تر توسط آن را افزایش می دهد.

روش های تولید فیلترهای سرامیکی:

روش های تولید فوم فیلتر سرامیکی را می توان در سه دسته طبقه بندی کرد:

استفاده از اسفنج
استفاده از عوامل فوم کننده
استفاده از ماده ای به عنوان نگهدارنده فضا

استفاده از اسفنج: در این روش به عنوان قالب از یک اسفنج طبیعی و یا فوم پلی اورتان استفاده می شود، که دوغاب سرامیکی را بر روی آن پوشش داده و سپس آن را پخت می کنند.

استفاده از عوامل فوم کننده: این روش بر پایه تولید حباب های هوا در مذاب سرامیک در هنگام پخت قطعه استوار می باشد، که در آن مخلوطی از ترکیب مواد سرامیکی مورد نظر و مواد آلی شکل داده می شوند، مواد آلی در هنگام پخت ایجاد حباب می کنند و باعث ایجاد فوم مورد نظر می گردند. برای به دست آوردن فومی با حفرات باز و اندازه حفره مناسب باید روانسازها و عوامل فوم کننده مناسب با دقت بسیار انتخاب شود. این روش برای اولین بار توسط ساندرمن در سال ۱۹۷۳ معرفی شد.

استفاده از ماده ای به عنوان نگهدارنده فضا: برای تولید فوم سرامیکی در روش سوم از یک قطعه متخلخل به عنوان نگه دارنده استفاده می گردد. برای مثال، ابتدا نمک کلرید سدیم به صورت متخلخل شکل داده می شود و سپس آن را در پلی کاتبوسیلان (Polycatbosilan) غوطه ور می کنند تا پلیمر درون تخلخل های قطعه نفوذ کند، سپس نمک را حل می کنند و با تجزیه حرارتی پلیمر باقی مانده به فوم SiC دست پیدا می کنند.