Оптимізація складу флюсу NaCl-KCl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів
The study is devoted to optimizing the composition of flux based on sodium chloride (NaCl) and potassium chloride (KCl) to improve the quality of secondary aluminum alloys obtained from various types of aluminum scrap, including armor scrap, household scrap, industrial chips, and return scrap from o...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/306 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Metal and Casting of Ukraine |
Institution
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1859472006375800832 |
|---|---|
| author | Петриченко, С.В. Коваленко, В.В. Ямшинський, М.М. Биба, Є.Г. Лук’яненко, І.В. Мініцький, А.В. Кивгило, Б.В. Барабаш, М.Ю. |
| author_facet | Петриченко, С.В. Коваленко, В.В. Ямшинський, М.М. Биба, Є.Г. Лук’яненко, І.В. Мініцький, А.В. Кивгило, Б.В. Барабаш, М.Ю. |
| author_sort | Петриченко, С.В. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-02-08T11:37:51Z |
| description | The study is devoted to optimizing the composition of flux based on sodium chloride (NaCl) and potassium chloride (KCl) to improve the quality of secondary aluminum alloys obtained from various types of aluminum scrap, including armor scrap, household scrap, industrial chips, and return scrap from own production. The aim of the work is to analyze the effect of a binary eutectic mixture of NaCl-KCl (50 mol% NaCl and 50 mol% KCl) on the chemical composition, microstructure, mechanical and casting properties of alloys, as well as to determine the optimal flux dosage to ensure high quality castings suitable for use in the aviation industry.
During the study, different types of aluminum scrap were used, which made it possible to evaluate the effectiveness of the flux in the processing of raw materials with varying levels of contamination. The flux was added in concentrations of 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10 %, and 15 % of the melt mass after drying at 120 °C to remove moisture. The samples were poured into a metal mold pre-treated with non-stick paint at a temperature of 200 °C.
The results showed that the use of NaCl-KCl flux contributes to a significant purification of the melt from non-metallic inclusions, oxides (Al2O3, MgO, SiO2) and gases, in particular hydrogen, which improves the quality of the alloy. The maximum aluminum content (95.13 %) was achieved with 15 % flux, which indicates the effective removal of impurities such as silicon, magnesium, manganese, and zinc. In particular, the silicon content is reduced to 0.54-0.90 % already at a flux content of 1 %, which indicates its high efficiency in removing silicon inclusions. However, excessive fluxing (over 5 %) leads to a decrease in the content of alloying elements, which negatively affects the plasticity of the alloy.
Studies of temporary tensile strength showed that the optimal flux concentration range (3-5 %) provides maximum strength up to 235 MPa and fluidity up to 585 mm, which is associated with effective melt cleaning and viscosity reduction. At the same time, an increase in flux concentration to 15 % contributes to a decrease in plasticity (relative elongation decreases from 4.41 % to 1.32 %, narrowing from 4.52 % to 0.85 %) due to a decrease in silicon eutectics and the formation of brittle phases. Microstructural analysis confirmed that at a flux content of 2-4 %, a homogeneous structure with a plastic type of fracture is formed, while at 15 %, brittle intergranular cracking is observed due to excessive slag formation.
The fluidity of the alloy increases in the range of 5-10 % flux due to a decrease in viscosity and the removal of inclusions, but excess flux (over 10 %) reduces this indicator due to the formation of thick slag films and local cooling of the melt. An optimal flux content of 3 to 5 % provides a balance between purification, preservation of alloying elements, and high fluidity, making the alloy suitable for precision casting.
Thus, NaCl-KCl flux is effective for cleaning secondary aluminum, allowing for increased aluminum content, reduced impurities, and improved mechanical properties. An optimal flux concentration of 3 to 5 % is recommended for industrial use, as it ensures high alloy quality, energy efficiency, and compliance with standards for high-tech applications. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:51:34Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-306 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:51:34Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-3062026-02-08T11:37:51Z Optimization of the Composition of NaCl-KCl Flux to Improve the Quality of Aluminum Alloy Purification Оптимізація складу флюсу NaCl-KCl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів Петриченко, С.В. Коваленко, В.В. Ямшинський, М.М. Биба, Є.Г. Лук’яненко, І.В. Мініцький, А.В. Кивгило, Б.В. Барабаш, М.Ю. Secondary aluminum alloys NaCl–KCl flux melt purification microstructure mechanical properties non-metallic inclusions casting properties вторинні алюмінієві сплави флюс NaCl–KCl очищення розплаву мікроструктура механічні властивості неметалеві включення ливарні властивості The study is devoted to optimizing the composition of flux based on sodium chloride (NaCl) and potassium chloride (KCl) to improve the quality of secondary aluminum alloys obtained from various types of aluminum scrap, including armor scrap, household scrap, industrial chips, and return scrap from own production. The aim of the work is to analyze the effect of a binary eutectic mixture of NaCl-KCl (50 mol% NaCl and 50 mol% KCl) on the chemical composition, microstructure, mechanical and casting properties of alloys, as well as to determine the optimal flux dosage to ensure high quality castings suitable for use in the aviation industry. During the study, different types of aluminum scrap were used, which made it possible to evaluate the effectiveness of the flux in the processing of raw materials with varying levels of contamination. The flux was added in concentrations of 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10 %, and 15 % of the melt mass after drying at 120 °C to remove moisture. The samples were poured into a metal mold pre-treated with non-stick paint at a temperature of 200 °C. The results showed that the use of NaCl-KCl flux contributes to a significant purification of the melt from non-metallic inclusions, oxides (Al2O3, MgO, SiO2) and gases, in particular hydrogen, which improves the quality of the alloy. The maximum aluminum content (95.13 %) was achieved with 15 % flux, which indicates the effective removal of impurities such as silicon, magnesium, manganese, and zinc. In particular, the silicon content is reduced to 0.54-0.90 % already at a flux content of 1 %, which indicates its high efficiency in removing silicon inclusions. However, excessive fluxing (over 5 %) leads to a decrease in the content of alloying elements, which negatively affects the plasticity of the alloy. Studies of temporary tensile strength showed that the optimal flux concentration range (3-5 %) provides maximum strength up to 235 MPa and fluidity up to 585 mm, which is associated with effective melt cleaning and viscosity reduction. At the same time, an increase in flux concentration to 15 % contributes to a decrease in plasticity (relative elongation decreases from 4.41 % to 1.32 %, narrowing from 4.52 % to 0.85 %) due to a decrease in silicon eutectics and the formation of brittle phases. Microstructural analysis confirmed that at a flux content of 2-4 %, a homogeneous structure with a plastic type of fracture is formed, while at 15 %, brittle intergranular cracking is observed due to excessive slag formation. The fluidity of the alloy increases in the range of 5-10 % flux due to a decrease in viscosity and the removal of inclusions, but excess flux (over 10 %) reduces this indicator due to the formation of thick slag films and local cooling of the melt. An optimal flux content of 3 to 5 % provides a balance between purification, preservation of alloying elements, and high fluidity, making the alloy suitable for precision casting. Thus, NaCl-KCl flux is effective for cleaning secondary aluminum, allowing for increased aluminum content, reduced impurities, and improved mechanical properties. An optimal flux concentration of 3 to 5 % is recommended for industrial use, as it ensures high alloy quality, energy efficiency, and compliance with standards for high-tech applications. Дослідження присвячено оптимізації складу флюсу на основі хлоридів натрію (NaCl) та калію (KCl) для підвищення якості очищення вторинних алюмінієвих сплавів, отриманих із різнотипного алюмінієвого брухту, включаючи залишки броньованої техніки, побутовий брухт, промислову стружку та зворот власного виробництва. Метою роботи є аналіз впливу бінарної евтектичної суміші NaCl-KCl (50 мол. % NaCl та 50 мол. % KCl) на хімічний склад, мікроструктуру, механічні та ливарні властивості сплавів, а також визначення оптимального дозування флюсу для забезпечення високої якості литих заготовок, придатних для використання в авіаційній галузі. У процесі дослідження використано різнотипний алюмінієвий брухт, що дозволило оцінити ефективність флюсу в умовах перероблення сировини з різним рівнем забруднення. Флюс у концентраціях 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 10 % та 15 % від маси розплаву вводили після сушіння за температури 120 °C для видалення вологи. Заливання зразків проводили в металевий кокіль, попередньо оброблений антипригарною фарбою, за температури 200 °C. Результати показали, що використання флюсу NaCl-KCl сприяє значному очищенню розплаву від неметалевих включень, оксидів (Al2O3, MgO, SiO2) та газів, зокрема водню, що покращує якість сплаву. Максимальний вміст алюмінію (95,13 %) досягнуто за 15 % флюсу, що свідчить про ефективне видалення домішок, таких як кремній, магній, марганець та цинк. Зокрема, вміст кремнію знижується до 0,54—0,90 % уже за вмісту флюсу 1 %, що вказує на його високу ефективність у видаленні кремнієвих включень. Однак надмірне флюсування (понад 5 %) призводить до зниження вмісту легувальних елементів, що негативно впливає на пластичність сплаву. Дослідження тимчасового опору розриванню показали, що оптимальний діапазон концентрації флюсу (3—5 %) забезпечує максимальну міцність до 235 МПа та рідкотекучість до 585 мм, що пов’язано з ефективним очищенням розплаву та зниженням в’язкості. Водночас, зростання концентрації флюсу до 15 % сприяє зниженню пластичності (відносне подовження зменшується з 4,41 % до 1,32 %, звуження — з 4,52 % до 0,85 %) через зменшення кремнієвих евтектик та утворення крихких фаз. Мікроструктурний аналіз підтвердив, що за кількості флюсу 2—4 % формується однорідна структура з пластичним типом руйнування, тоді як при 15 % спостерігається крихке міжкристалітне розтріскування через надлишкове шлакоутворення. Рідкотекучість сплаву зростає в діапазоні 5—10 % флюсу завдяки зниженню в’язкості та видаленню включень, але надлишок флюсу (понад 10 %) знижує цей показник через утворення густих шлакових плівок і локальне охолодження розплаву. Оптимальний вміст флюсу від 3 до 5 % забезпечує баланс між очищенням, збереженням легувальних елементів і високою рідкотекучістю, що робить сплав придатним для прецизійного лиття. Таким чином, флюс NaCl-KCl є ефективним для очищення вторинного алюмінію, дозволяє підвищити вміст алюмінію, зменшити домішки та покращити механічні властивості. Оптимальна концентрація флюсу від 3 до 5 % рекомендована для промислового використання, оскільки забезпечує високу якість сплаву, енергоефективність і відповідність стандартам для високотехнологічних застосувань. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2025-12-30 Article Article application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/306 10.15407/steelcast2025.03-04.076 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 33 No. 3-4 (2025): Metal and Casting of Ukraine; 76-86 Метал та лиття України ; Том 33 № 3-4 (2025): Метал та лиття України; 76-86 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/306/300 Авторське право (c) 2025 С.В. Петриченко, В.В. Коваленко, М.М. Ямшинський, Є.Г. Биба, І.В. Лук’яненко, А.В. Мініцький, Б.В. Кивгило, М.Ю. Барабаш https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | вторинні алюмінієві сплави флюс NaCl–KCl очищення розплаву мікроструктура механічні властивості неметалеві включення ливарні властивості Петриченко, С.В. Коваленко, В.В. Ямшинський, М.М. Биба, Є.Г. Лук’яненко, І.В. Мініцький, А.В. Кивгило, Б.В. Барабаш, М.Ю. Оптимізація складу флюсу NaCl-KCl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів |
| title | Оптимізація складу флюсу NaCl-KCl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів |
| title_alt | Optimization of the Composition of NaCl-KCl Flux to Improve the Quality of Aluminum Alloy Purification |
| title_full | Оптимізація складу флюсу NaCl-KCl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів |
| title_fullStr | Оптимізація складу флюсу NaCl-KCl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів |
| title_full_unstemmed | Оптимізація складу флюсу NaCl-KCl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів |
| title_short | Оптимізація складу флюсу NaCl-KCl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів |
| title_sort | оптимізація складу флюсу nacl-kcl для підвищення якості очищення алюмінієвих сплавів |
| topic | вторинні алюмінієві сплави флюс NaCl–KCl очищення розплаву мікроструктура механічні властивості неметалеві включення ливарні властивості |
| topic_facet | Secondary aluminum alloys NaCl–KCl flux melt purification microstructure mechanical properties non-metallic inclusions casting properties вторинні алюмінієві сплави флюс NaCl–KCl очищення розплаву мікроструктура механічні властивості неметалеві включення ливарні властивості |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/306 |
| work_keys_str_mv | AT petričenkosv optimizationofthecompositionofnaclkclfluxtoimprovethequalityofaluminumalloypurification AT kovalenkovv optimizationofthecompositionofnaclkclfluxtoimprovethequalityofaluminumalloypurification AT âmšinsʹkijmm optimizationofthecompositionofnaclkclfluxtoimprovethequalityofaluminumalloypurification AT bibaêg optimizationofthecompositionofnaclkclfluxtoimprovethequalityofaluminumalloypurification AT lukânenkoív optimizationofthecompositionofnaclkclfluxtoimprovethequalityofaluminumalloypurification AT mínícʹkijav optimizationofthecompositionofnaclkclfluxtoimprovethequalityofaluminumalloypurification AT kivgilobv optimizationofthecompositionofnaclkclfluxtoimprovethequalityofaluminumalloypurification AT barabašmû optimizationofthecompositionofnaclkclfluxtoimprovethequalityofaluminumalloypurification AT petričenkosv optimízacíâskladuflûsunaclkcldlâpídviŝennââkostíočiŝennâalûmíníêvihsplavív AT kovalenkovv optimízacíâskladuflûsunaclkcldlâpídviŝennââkostíočiŝennâalûmíníêvihsplavív AT âmšinsʹkijmm optimízacíâskladuflûsunaclkcldlâpídviŝennââkostíočiŝennâalûmíníêvihsplavív AT bibaêg optimízacíâskladuflûsunaclkcldlâpídviŝennââkostíočiŝennâalûmíníêvihsplavív AT lukânenkoív optimízacíâskladuflûsunaclkcldlâpídviŝennââkostíočiŝennâalûmíníêvihsplavív AT mínícʹkijav optimízacíâskladuflûsunaclkcldlâpídviŝennââkostíočiŝennâalûmíníêvihsplavív AT kivgilobv optimízacíâskladuflûsunaclkcldlâpídviŝennââkostíočiŝennâalûmíníêvihsplavív AT barabašmû optimízacíâskladuflûsunaclkcldlâpídviŝennââkostíočiŝennâalûmíníêvihsplavív |