Alüminyumun tane yapısı katılaşma sırasında daha küçük, daha düzgün taneler için rafine edilir. İlk döküm alüminyum tane yapısı iri, dendritik tanelerle kabadır. Bunun nedeni yavaş çekirdeklenme ve erimiş alüminyumun soğuması sırasında hızlı büyümedir. Azalan mukavemet, süneklik ve çatlama böyle bir tane yapısından kaynaklanır. Mikro-segregasyon varlığında büyük taneler mekanik anizotropiye ve gerilim yoğunlaşmasına neden olur. Malzemeyi yük arızasına eğilimli hale getirir.

İnce taneli yapılar alüminyum alaşımının mekanik özelliklerini artırır. Hall-Petch ilişkisi sayesinde, ince taneler (birkaç mikrometre) dislokasyon hareketini önlerken akma ve çekme mukavemetini artırır. İnce taneler, gerilimi emen ve yeniden dağıtan ve çatlak başlangıcını ve yayılmasını azaltan tane sınır alanını artırarak sünekliği geliştirir. Ayrıca performans tutarlılığı için özellikleri daha izotropik hale getirir. İnce taneli mikroyapılar uçak ve otomotiv bileşenleri için gereklidir. Ağırlık ve mukavemetin önemli olduğu yerler buralardır. İnce taneler, daha fazla işlenebilirlik ve yüzey kalitesi için malzemeyi daha düzgün ve öngörülebilir hale getirir.

Titanyum Bor TiB'nin Erimiş Alüminyumda Tane İnceltici Olarak Rolü

Titanyum Bor (TiB), erimiş alüminyum tanelerini rafine etmek için katılaşma çekirdeklenmesini etkiler. İnce, eş eksenli bir tane yapısı için çekirdeklenme bölgeleri sunar. TiAl₃ partikülleri ve kristalografide alüminyuma benzeyen TiB₂ gibi borür bileşikleri güçlü çekirdekleştiriciler olarak işlev görür. Çekirdeklenme enerji bariyerini azaltırlar, tanelerin daha kolay oluşmasını sağlarlar ve dendritik yapıların büyümesini önlerler. Böylece, birkaç büyük tane yerine birçok küçük, eşit dağılmış tane katılaşmaya hakim olur.

TiB katılaşma sırasında alüminyum eriyiği ile kimyasal olarak reaksiyona girer. TiAl₃ partikülleri titanyum ve alüminyum arasındaki eriyik reaksiyonundan kaynaklanır. Yüksek sıcaklıklarda kararsız olmasına rağmen, bu parçacıklar TiB₂ oluşturmak için bor ile birleşir ve onları nükleant yapar. TiB₂, kararlı hekzagonal yapısı ve alüminyuma yakın kafes uyumu ile heterojen çekirdeklenmeyi teşvik eder. Katılaşma cephesinde borür partikülleri oluşturmak küçük, çok sayıda taneler vaat eder. Hızla, TiB₂ partikülleri alüminyum atomlarının etrafında katılaşması için çekirdek görevi görür. Bu da rafine bir mikro yapı sağlar.

TiB Kullanımı ile İlgili Zorluklar

Ekonomik ve Çevresel Kaygılar

TiB₂ de dahil olmak üzere TiB'nin yüksek maliyeti, alüminyum rafine üretim maliyetlerini etkilemektedir. Pahalı bir metal olan titanyum, TiB alaşımlarını pahalı hale getirmektedir. Yüksek hammadde maliyeti ve enerji yoğun yöntemler, alüminyum rafinasyonu için TiB₂ üretimini pahalı bir iş haline getirmektedir. Marjı kısıtlı sektörler veya sınırlı hammadde bulunabilirliği olan yerler için zordur. Örneğin, titanyum piyasası koşulları TiB fiyatlarını etkileyebilir ve bu da üretim maliyetlerini istikrarsız hale getirir. Bu tür bir dalgalanma, alüminyum ürünlerinin daha ucuz AlTiB ana alaşımlarına kıyasla tutarlı bir şekilde fiyatlandırılmasını zorlaştırabilir.