Zašto tvornice aluminija trebaju metalni silicij?

Metalni silicij (industrijski silicij)je osnovni aditiv u proizvodnji aluminijskih legura. Njegova glavna komponenta je Si veći od ili jednak 98% (glavni razredi kao što su441#i3303#), sa strogo kontroliranim sadržajem nečistoća (Fe manje od ili jednako 0,4%, Al manje od ili jednako 0,4%, itd.). Njegova kompatibilnost s aluminijem proizlazi iz dvije glavne karakteristike:

 Silicij i aluminij mogu tvoriti beskonačnu čvrstu otopinu. Na eutektičkoj temperaturi od 577 stupnjeva, maksimalna topljivost silicija u aluminiju doseže 1,65%, što daje dovoljno prostora za kontrolu performansi.

 Dodavanje silicija može sniziti točku taljenja aluminijskih legura (čisti aluminij se tali na 660 stupnjeva, dok se aluminijske legure koje sadrže 12% silicija tale na 577 stupnjeva), dok se istovremeno optimizira protočnost taline i rješavaju izazovi oblikovanja složenih aluminijskih materijala.

(1) Poboljšanje performansi: Izgradnja "mehaničkog kostura" aluminija

Metalni silicij značajno poboljšava mehanička svojstva jezgre aluminijskih legura kroz dvostruki mehanizam ojačanja čvrstom otopinom i ojačanja taloženjem:

Ojačanje čvrstom otopinom:

Atomi silicija integriraju se u rešetku aluminijske matrice, izazivajući izobličenje rešetke, ometajući kretanje dislokacija i istovremeno poboljšavajući tvrdoću i vlačnu čvrstoću aluminijske legure.

Jačanje padalina:

U legurama Al-Mg-Si, silicij i magnezij tvore fazu ojačanja Mg₂Si (''fazu) u atomskom omjeru od 1,73:1. Nakon tretmana starenjem T6, ''faza se ravnomjerno taloži, povećavajući granicu razvlačenja legure sa 100MPa na preko 300MPa.

Sinergijska optimizacija:

Silicij, u kombinaciji s elementima kao što su mangan i titan, može formirati AlFeMn dispergiranu fazu (veličine 0,5-2μm), inhibirajući rast zrna i povećavajući udarnu žilavost aluminijske legure za 20%-30%, izbjegavajući rizik od krhkog loma.

(2) Poboljšana strojna obrada: Smanjenje "poteškoće oblikovanja" u proizvodnji

Metalni silicij ključan je za rješavanje bolnih točaka strojne obrade aluminijskih legura, posebno pogodan za proizvodnju složenih profila i odljevaka:

Poboljšana fluidnost lijevanja:

Silicij može smanjiti viskoznost talina aluminijske legure za 30%-40%, značajno povećavajući kapacitet punjenja, što ga čini prikladnim za složene strukturne dijelove kao što su integrirani automobilski lijevi pod pritiskom i komponente za zrakoplovstvo.

Smanjena tendencija vrućeg pucanja:

Silicij može poboljšati strukturu skrućivanja aluminijskih legura, suziti temperaturni raspon skrućivanja i omogućiti ravnomjerno oslobađanje naprezanja tijekom hlađenja odljevka, smanjujući učestalost defekata vrućih pukotina za više od 60%;

Optimizirane performanse strojne obrade:

Legure lijevanog aluminija koje sadrže 5%-13% silicija manje su sklone lijepljenju alata tijekom rezanja, povećavajući učinkovitost obrade za 25%-30% i smanjujući trošenje alata za 40%, što ih čini posebno prikladnima za proizvodnju strojno obrađenih dijelova.

(3) Poboljšana izdržljivost: Aluminiju daje "štit otporan na koroziju i habanje"

Metalni silicij može optimizirati kemijsku stabilnost i otpornost na habanje aluminijskih legura, produžujući njihov vijek trajanja:

Poboljšana otpornost na koroziju:

Silicij može formirati gusti oksidni film (SiO₂-Al₂O₃ kompozitni film) na površini aluminija, ometajući reakciju između kisika i unutarnje matrice, smanjujući stopu korozije aluminijskih legura u vlažnim, kiselim i alkalnim okruženjima za 50%-70%, što ga čini prikladnim za brodogradnju, vanjske građevinske materijale i druge scenarije;

Poboljšana otpornost na trošenje:

Čestice silicija u aluminijskim legurama imaju visoku tvrdoću (Mohsova tvrdoća 7,0), što može formirati strukturu "raspršene tvrde čestice", smanjujući trošenje uslijed trenja. S udjelom silicija od 3%, aluminijska legura pokazuje koeficijent trenja od čak 0,052 i količinu trošenja od samo 64,8 mg, pokazujući optimalnu otpornost na habanje.

Optimizacija toplinske stabilnosti:

AA7075 zrakoplovna aluminijska legura koja sadrži 0,1-0,2% silicija zadržava 85-90% svoje čvrstoće nakon 1000 sati izlaganja na 150 stupnjeva, uz značajno smanjenu osjetljivost na koroziju granica zrna.

(4) Prilagodljivo višestrukim scenarijima: podrška "preko-graničnoj primjeni" aluminijskih materijala

Sastav metalnog silicija može se precizno kontrolirati, omogućujući aluminijskim legurama da se prilagode potrebama različitih industrija, što je temeljna potpora aluminijskim tvornicama da prošire svoja tržišta:

Aerospace:

Upotrebom metala silicija visoke čistoće 3303# (Si veći ili jednak 99,3%, Fe manji ili jednak 0,3%), kontroliranjem sadržaja silicija u aluminijskim legurama na 0,10-0,20%, i koordinacijom s kontrolom omjera Fe/Si (1,5-2,0), vijek trajanja aluminijskih materijala može se povećati s 2,1×10⁶ ciklusa do 3,7×10⁶ ciklusa, ispunjavajući stroge zahtjeve za letve krila zrakoplova i spremnike raketnog goriva;

Proizvodnja automobila:

Korištenje metalnog silicija 441#, kontroliranje sadržaja silicija u aluminijskim legurama na 6-10%, proizvodnja-integriranih tlačno lijevanih dijelova bez topline, osiguravanje vlačne čvrstoće veće ili jednake 300MPa i smanjenje troškova proizvodnje, prikladno za karoserije novih energetskih vozila, glavčine kotača i druge komponente;

Građevinarstvo i elektronika:

Upotreba uobičajenih građevinskih aluminijskih materijala553# metal silicij(Si veći ili jednak 98%), sa sadržajem silicija od 0,5-1,5%, uravnotežuje snagu i mogućnost obrade; aluminijske legure koje se koriste za kućišta elektroničkih uređaja kontroliraju sadržaj silicija na manje od ili jednako 0,2% kako bi se osigurala završna obrada površine i vodljivost.

(1) Precizna kontrola količine dodatka

 Lijevane aluminijske legure:Sadržaj silicija je obično 5%-13%; recikliranim aluminijskim legurama, zbog sadržaja silicija u otpadnom aluminiju, može se smanjiti njihov dodatak na 5-7%;
 Kovane aluminijske legure:Sadržaj silicija uglavnom je ispod 0,5%, neizravno dodan preko aluminijskih-silicijskih međulegura;
 Izbjegavajte pretjerano dodavanje:Kada sadržaj silicija prijeđe 13%, istezanje aluminijske legure značajno će se smanjiti (Manje od ili jednako 5%), žilavost će se pogoršati i bit će sklona lomljivosti.

(2) Proces taljenja i pročišćavanja

 Temperatura taljenja:Kontrolirano na 720-780 stupnjeva kako bi se osiguralo potpuno otapanje metalnog silicija i izbjegle greške u radu uzrokovane neotopljenim česticama;

 Tretman pročišćavanja:Tro{0}}keramička filtracija (30→50→70ppi) + elektromagnetsko miješanje (jačina magnetskog polja 0,15T) upotrebljava se za uklanjanje silicijevih inkluzija, smanjujući veličinu inkluzija s 15 μm na ispod 3 μm;

 Homogena obrada:Dvo-fazni postupak zagrijavanja (300 stupnjeva /4h + 450 stupnjeva /12h) koristi se kako bi se osigurala jednolika raspodjela silicija i smanjile fluktuacije performansi.