U lancu industrije aluminijskih legura,silicijski metal(također poznat kaoindustrijski silicij, s čistoćom općenito više od98%) jedan je od osnovnih aditiva. Njegova jedinstvena kemijska i fizikalna svojstva čine ga nezamjenjivom ulogom u proizvodnji aluminijskih legura.
Metalni silicij (Si) je polu-metalni element sa svojstvima poluvodiča, s talištem do 1414 stupnjeva i gustoćom od 2,33 g/cm³. U proizvodnji aluminijskih legura, metalni silicij se uvodi u obliku aditiva silicijskih elemenata i mijenja ponašanje kristalizacije i mikrostrukturu legure formiranjem Al-Si binarnog sustava legure s aluminijem (Al).
Ocjenjivanje čistoće i industrijski standardi
| Stupanj čistoće | Sadržaj silicija (Si veći od ili jednak ) | Ukupni sadržaj nečistoća (Fe+Al+Ca Manje od ili jednako ) | Vrsta jezgre | Područja primjene |
|---|---|---|---|---|
| Metalurški stupanj | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | Aluminijske legure, dezoksidacija čelika, organosilicij |
| Elektronička ocjena | 99,999% (5N) ili više | 0,001% ili manje | 2202#,1101# | Poluvodiči, fotonaponski polisilicij |
Osnovni scenariji primjene metalnog silicija u proizvodnji aluminijskih legura
1. Optimizacija performansi lijevanih aluminijskih legura (Al-Si legure)
(1) Poboljšanje obradivosti lijevanja
Poboljšanje fluidnosti:U Al-Si legurama za lijevanje (kao što su A356, ADC12 itd.), sadržaj silicija je obično 7%-12%. Dodavanje silicija može smanjiti temperaturu taljenja legure, poboljšati fluidnost taline, olakšati punjenje složenih kalupa i smanjiti nedostatke lijevanja (kao što su hladno zatvaranje i nedovoljno izlijevanje).
Smanjenje tendencije toplinskog pucanja:Silicij može smanjiti koeficijent toplinskog širenja legure (na primjer, koeficijent toplinskog širenja legure Al-12Si je oko 20 × 10⁻⁶/ stupanj, što je niže od 23 × 10⁻⁶/ stupanj čistog aluminija), smanjiti napon skupljanja tijekom procesa hlađenja odljevka i smanjiti rizik od toplinskog pucanja.
(2) Jačanje mehaničkih svojstava
Pročišćavanje zrna:Silicij kao čestica druge faze ravnomjerno je raspoređen u aluminijskoj matrici, što može spriječiti rast zrna, formirati finu kristalnu strukturu s jednakom osi i poboljšati čvrstoću i žilavost legure. Na primjer, legura Al-7Si-0,3Mg (često korištena legura za lijevanje u zrakoplovstvu) može postići vlačnu čvrstoću veću od 270 MPa mikrolegiranjem silicija.
Poboljšanje otpornosti na habanje:U aluminijskim legurama s visokim sadržajem silicija (kao što su hipereutektičke legure koje sadrže 18%-22% silicija), tvrde i lomljive čestice primarnog silicija (tvrdoća od oko 1000HV) će se taložiti, značajno poboljšavajući otpornost legure na trošenje. Često se koristi za proizvodnju dijelova otpornih na habanje kao što su cilindri i klipovi automobilskih motora.
2. Mikrolegiranje deformiranih aluminijskih legura (prerađene legure)
U deformiranim aluminijskim legurama (kao što su aluminijske legure serije 6xxx, serije Al-Mg-Si), metalni silicij se uglavnom koristi kao izvor silicija za formiranje faze ojačanja Mg₂Si s magnezijem. Na primjer:
6061 legura (Al-1Mg-0,6Si):Silicij reagira s magnezijem i stvara čestice Mg₂Si. Kroz proces ojačavanja starenjem, granica razvlačenja legure doseže 276 MPa, što se široko koristi u građevinskim profilima i strukturnim dijelovima zrakoplovstva.
6082 legura (Al-1Si-0,8Mg):Ima visok sadržaj silicija i pogodan je za ekstruziju. Često se koristi za proizvodnju karoserija željezničkih tranzitnih vagona, industrijskih okvira itd.
3. Prilagođena regulacija aluminijskih legura posebnih svojstava
Aluminijska legura niske ekspanzije:Dodavanjem visokog udjela metalnog silicija (kao što su Al-Si legure koje sadrže 50%-70% silicija), koeficijent toplinske ekspanzije može se smanjiti na ispod 5×10⁻⁶/ stupanj, što se koristi u područjima s visokim zahtjevima za toplinskom stabilnošću kao što su supstrati elektroničkog pakiranja i komponente optičkih instrumenata.
Aluminijska legura visoke toplinske vodljivosti:Iako je toplinska vodljivost silicija (148 W/m・K) niža od toplinske vodljivosti aluminija (205 W/m・K), ravnomjerna raspodjela čestica silicija u Al-Si leguri može formirati toplinsku mrežu, poboljšati ukupnu toplinsku vodljivost legure i prikladna je za radijatore baznih stanica 5G, hladnjake procesora i druge scenarije.
Trend primjene i utjecaj metalnog silicija na industriju
S brzim razvojem novih energetskih, lakih i drugih područja, primjena metalnog silicija u aluminijskim legurama pokazuje sljedeće trendove:
Novo polje energetskih vozila:Kućište baterije, krajnji poklopac motora i druge komponente koriste veliki broj aluminijskih legura s visokim sadržajem silicija (kao što je Al-12Si), koristeći njihovu otpornost na habanje i dobre karakteristike rasipanja topline kako bi se zadovoljili zahtjevi pouzdanosti i energetske učinkovitosti novih energetskih vozila.
Aerospace lightweight:Aluminijske legure niske-gustoće,-čvrstoće (kao što je Al-8Si-3Cu-2Li) razvijene mikrolegiranjem metalnog silicija mogu se koristiti za proizvodnju obloga zrakoplova, rebara krila i drugih strukturnih dijelova za smanjenje težine zrakoplova.
Promocija kružnog gospodarstva:U industriji recikliranog aluminija, metalni silicij može se koristiti kao "dodatak siliciju" za podešavanje sadržaja silicija u recikliranim materijalima, održavanje stabilnosti performansi legure i usklađivanje s trendom zelene proizvodnje.
Kao "regulator performansi" za proizvodnju aluminijskih legura, metalni silicij daje aluminijskim legurama niz mehaničkih i fizičkih svojstava preciznim kontroliranjem sadržaja silicija i mikrostrukture, podržavajući razvoj ključnih industrija od proizvodnje automobila do zrakoplovstva. S napretkom tehnologije taljenja (kao -proces pročišćavanja silicija niske energije) i širenjem scenarija primjene u nastajanju, vrijednost metalnog silicija u području aluminijskih legura dodatno će se istaknuti.
