Аналіз сучасних наукових досліджень і виробничої практики свідчить, що однією з ключових проблем перероблення вторинного алюмінію є забезпечення високої чистоти розплаву та стабільності його фізико-механічних і ливарних властивостей [1]. Крім того, зростання обсягів вторинної сировини, зокрема різнотипного алюмінієвого брухту, що характеризується підвищеним рівнем забруднення [2], обумовлює необхідність подальшого дослідження та оптимізації складу і дозування флюсів. У зв’язку з цим встановлення раціональних параметрів використання флюсу NaCl-KCl для забезпечення поєднання достатнього рівня очищення та збереження експлуатаційних властивостей алюмінієвих сплавів є актуальним науково-технічним завданням [3, 4].

Результати дослідження хімічного складу досліджуваного алюмінієвого сплаву легованого кремнієм, магнієм, марганцем та цинком показали, що введення флюсу NaCl-KCl сприяє суттєвому очищенню розплаву та підвищенню вмісту основного компонента – алюмінію. Зі збільшенням кількості флюсу до 15 % вміст Al зростає до 95,13 %, що свідчить про ефективне видалення неметалевих включень, оксидів та сторонніх домішок. Особливо показовим є різке зниження вмісту кремнію вже за мінімальних концентрацій флюсу (≈1 %), що підтверджує високу активність флюсу щодо силікатних і оксидних включень. Водночас встановлено, що подальше збільшення кількості флюсу призводить не лише до очищення, але й до небажаного видалення легувальних елементів, зокрема Mg, Zn та частково Mn, що свідчить про наявність певного інтервалу концентрацій, за межами якого відбувається деградація складу сплаву.

Аналіз механічних властивостей дозволив встановити складну нелінійну залежність між концентрацією флюсу та міцнісними характеристиками. Зростання тимчасового опору розриванню до значень близько 230-235 МПа у діапазоні 3-5 % флюсу пояснюється ефективним очищенням розплаву від газів і неметалевих включень, які виступають концентраторами напружень. Зменшення кількості дефектів сприяє більш рівномірному розподілу напружень у структурі та підвищує опір руйнуванню. Водночас подальше збільшення вмісту флюсу супроводжується зниженням міцності, що пов’язано з утворенням шлакових включень, втратою легувальних елементів і формуванням крихких фаз. Таким чином, результати свідчать про наявність граничного значення ефективності флюсування, після якого позитивний ефект очищення замінюється негативним впливом надлишкового шлакоутворення.

Суттєві зміни спостерігаються також у показниках пластичності. Зі збільшенням концентрації флюсу відбувається систематичне зниження відносного подовження та звуження, що безпосередньо пов’язано зі зміною мікроструктури сплаву. Зменшення вмісту кремнію призводить до скорочення об’єму евтектичної складової, яка забезпечує сприятливе поєднання міцності та пластичності. Крім того, при підвищених концентраціях флюсу відбувається формування інтерметалідних фаз і залишкових шлакових включень, які знижують тріщиностійкість матеріалу та сприяють крихкому руйнуванню. Це підтверджується результатами фрактографічного аналізу, який показав перехід від пластичного до міжкристалітного крихкого механізму руйнування за вмісту флюсу понад 10 %.

Мікроструктурні дослідження дозволили деталізувати механізми впливу флюсу на структуроутворення сплаву. У діапазоні концентрації флюсу 2-4 % формується однорідна структура з рівномірним розподілом фаз і мінімальною кількістю дефектів, що забезпечує переважно пластичний характер руйнування. За подальшого зростання концентрації флюсу спостерігається накопичення шлакових залишків, поява крихких інтерметалідних фаз та підвищення структурної неоднорідності. Надлишкове флюсування також сприяє локальному перегріву та вторинним реакціям у розплаві, що додатково погіршує структурний стан матеріалу. Таким чином, мікроструктура виступає ключовим індикатором ефективності процесу очищення та підтверджує існування оптимального діапазону концентрацій флюсу.

Узагальнення отриманих результатів дозволяє зробити висновок, що ефективність використання флюсу NaCl-KCl визначається балансом між інтенсивністю очищення розплаву та збереженням легувальних елементів і структурної цілісності сплаву. Найбільш раціональним є інтервал 3-5 % флюсу, у якому досягається максимальне підвищення міцності, достатній рівень пластичності та висока рідкотекучість. Перевищення цього діапазону супроводжується негативними явищами, такими як деградація хімічного складу, формування крихких фаз і зниження експлуатаційних характеристик.

Література:

1. Zhang G., Lu W., Wu X., Yang B., Tan Y., Xu Z., Tang H., Zeng J., Wang J. A new strategy on designing fluxes for aluminum alloy melt refinement // Materials. 2023. Vol. 16, Iss. 6. Article 2322. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16062322
2. Українська армія перетворила 5 тисяч одиниць техніки рф на металобрухт – Forbes // Укрінформ. 2022. 12 квітня. URL: https://www.ukrinform.ua/rubric-economy/3455625-ukrainska-armia-peretvorila-5-tisac-odinic-tehniki-rf-na-metalobruht-forbes.html (дата звернення: 19.03.2026).
3. Teixeira A. B., Ambrys W. M., Sampaio C. H., Raposo F. L. Q.,                                    De Brum I. A. S., Moncunill J. O. Optimization of water leaching of chlorides from aluminum salt slag // Minerals. 2022. Vol. 12, Iss. 9. Article 1141. DOI: https://doi.org/10.3390/min12091141.
4. Capuzzi S., Timelli G., Capra L., Romano L. Study of fluxing in Al refining process by rotary and crucible furnaces // International Journal of Sustainable Engineering. 2019. Vol. 12, Iss. 1. P. 38–46. DOI: https://doi.org/10.1080/19397038.2017.1393022