Hvorfor har aluminiumsværker brug for siliciummetal?

Siliciummetal (industriel silicium)er et kerneadditiv i aluminiumslegeringsproduktion. Dens kernekomponent er Si større end eller lig med 98% (almindelige kvaliteter som f.eks441#og3303#), med strengt kontrolleret indhold af urenheder (Fe mindre end eller lig med 0,4 %, Al mindre end eller lig med 0,4 % osv.). Dens kompatibilitet med aluminium stammer fra to hovedegenskaber:

 Silicium og aluminium kan danne en uendelig fast opløsning. Ved en eutektisk temperatur på 577 grader når den maksimale opløselighed af silicium i aluminium 1,65%, hvilket giver rigelig plads til ydelseskontrol.

 Tilsætning af silicium kan sænke smeltepunktet for aluminiumslegeringer (rent aluminium smelter ved 660 grader, mens aluminiumslegeringer indeholdende 12% silicium smelter ved 577 grader), samtidig med at smelteflydeevnen optimeres og de formende udfordringer ved komplekse aluminiumsmaterialer løses.

(1) Ydeevneforbedring: Opbygning af det "mekaniske skelet" af aluminium

Siliciummetal forbedrer de kernemekaniske egenskaber af aluminiumlegeringer betydeligt gennem en dobbelt mekanisme for styrkelse af fast opløsning og forstærkning af nedbør:

Styrkelse af solid opløsning:

Siliciumatomer integreres i aluminiumsmatrixgitteret, hvilket inducerer gitterforvrængning, hindrer dislokationsbevægelse og forbedrer samtidig hårdheden og trækstyrken af ​​aluminiumslegeringen.

Forstærkning af nedbør:

I Al-Mg-Si-legeringer danner silicium og magnesium en Mg₂Si-forstærkende fase (''-fase) ved et atomforhold på 1,73:1. Efter T6-ældningsbehandling udfældes ''-fasen ensartet, hvilket øger legeringens flydespænding fra 100 MPa til over 300 MPa.

Synergistisk optimering:

Silicium, kombineret med elementer som mangan og titanium, kan danne en AlFeMn dispergeret fase (størrelse 0,5-2μm), hæmmer kornvækst og øger slagfastheden af ​​aluminiumslegeringen med 20%-30%, hvilket undgår risikoen for sprøde brud.

(2) Forbedret bearbejdning: Reduktion af "formningsvanskeligheden" ved produktion

Metallisk silicium er nøglen til at løse smertepunkterne ved bearbejdning af aluminiumslegeringer, især velegnet til produktion af komplekse profiler og støbegods:

Forbedret støbefluiditet:

Silicium kan reducere viskositeten af ​​smelter af aluminiumslegeringer med 30%-40%, hvilket væsentligt forbedrer påfyldningskapaciteten, hvilket gør det velegnet til komplekse strukturelle dele såsom integrerede automotive trykstøbninger og rumfartskomponenter.

Reduceret varmeknakningstendens:

Silicium kan forfine størkningsstrukturen af ​​aluminiumlegeringer, indsnævre størkningstemperaturområdet og tillade en ensartet spændingsfrigivelse under støbeafkøling, hvilket reducerer forekomsten af ​​varme revnedefekter med mere end 60%;

Optimeret bearbejdningsydelse:

Støbte aluminiumslegeringer, der indeholder 5%-13% silicium, er mindre tilbøjelige til at sætte sig fast under skæring, hvilket øger bearbejdningseffektiviteten med 25%-30% og reducerer værktøjsslid med 40%, hvilket gør dem særligt velegnede til fremstilling af bearbejdede dele.

(3) Forbedret holdbarhed: Giver aluminium et "korrosions- og slidstyrkeskjold"

Siliciummetal kan optimere den kemiske stabilitet og slidstyrke af aluminiumslegeringer og forlænge deres levetid:

Forbedret korrosionsbestandighed:

Silicium kan danne en tæt oxidfilm (SiO₂-Al₂O₃-kompositfilm) på overfladen af ​​aluminium, hvilket hindrer reaktionen mellem ilt og den indre matrix, reducerer korrosionshastigheden af ​​aluminiumlegeringer i fugtige, sure og alkaliske miljøer med 50%-70%, hvilket gør den velegnet til udendørs bygningsmaterialer og andre ingeniørscenarier;

Forbedret slidstyrke:

Siliciumpartiklerne i aluminiumslegeringer har høj hårdhed (Mohs hårdhed 7,0), som kan danne en "hård partikeldispersion" struktur, hvilket reducerer friktionsslid. Med et siliciumindhold på 3% udviser aluminiumslegeringen en friktionskoefficient så lav som 0,052 og en slidmængde på kun 64,8 mg, hvilket viser optimal slidstyrke.

Termisk stabilitetsoptimering:

AA7075 aerospace aluminiumslegering indeholdende 0,1-0,2% silicium bevarer 85-90% af sin styrke efter 1000 timers eksponering ved 150 grader, med betydeligt reduceret modtagelighed for korngrænsekorrosion.

(4) Kan tilpasses til flere scenarier: Understøtter den "grænseoverskridende-anvendelse" af aluminiumsmaterialer

Sammensætningen af ​​metallisk silicium kan kontrolleres præcist, hvilket gør det muligt for aluminiumslegeringer at tilpasse sig behovene i forskellige industrier, hvilket er kernestøtten til aluminiumfabrikker til at udvide deres markeder:

Luftfart:

Ved at bruge 3303# siliciummetal med høj-renhed (Si større end eller lig med 99,3 %, Fe mindre end eller lig med 0,3 %), regulering af siliciumindholdet i aluminiumlegeringer til 0,10-0,20 % og koordinering med Fe/Si-forholdskontrol (1,5-2,0) kan øges levetiden af aluminiumsmaterialer fra 1,5-2,0. 2,1×10⁶ cyklusser til 3,7×10⁶ cyklusser, der opfylder de strenge krav til flyvinger og raketdrivstoftanke;

Bilfremstilling:

Bruger 441# metallisk silicium, kontrollerer siliciumindholdet i aluminiumslegeringer til 6-10 %, producerer varme-fri integrerede trykstøbte dele, sikrer trækstyrke Større end eller lig med 300 MPa og reducerer produktionsomkostningerne, velegnet til nye energikøretøjskarosserier, hjulnav og andre komponenter;

Konstruktion og elektronik:

Almindelig brug af byggealuminiumsmaterialer553# siliciummetal(Si større end eller lig med 98%), med et siliciumindhold på 0,5-1,5%, balancerer styrke og bearbejdelighed; aluminiumslegeringer, der bruges til elektroniske enhedshuse, kontrollerer siliciumindholdet til mindre end eller lig med 0,2 % for at sikre overfladefinish og ledningsevne.

(1) Præcis kontrol af tilsætningsmængde

 Støbte aluminiumslegeringer:Siliciumindhold er normalt 5%-13%; genanvendte aluminiumlegeringer kan på grund af siliciumindholdet i affaldsaluminium få deres tilsætning reduceret til 5-7 %;
 Bearbejdede aluminiumslegeringer:Siliciumindholdet er for det meste under 0,5 %, indirekte tilføjet gennem aluminium-silicone-mellemlegeringer;
 Undgå overdreven tilsætning:Når siliciumindholdet overstiger 13%, vil forlængelsen af ​​aluminiumslegeringen falde betydeligt (mindre end eller lig med 5%), sejheden vil forringes, og den vil være tilbøjelig til at blive skør.

(2) Smelte- og rensningsproces

 Smeltetemperatur:Styres ved 720-780 grader for at sikre fuldstændig opløsning af siliciummetal og undgå ydeevnedefekter forårsaget af uopløste partikler;

 Oprensningsbehandling:Tre-trins keramisk filtrering (30→50→70ppi) + elektromagnetisk omrøring (magnetisk feltstyrke 0,15T) bruges til at fjerne siliciumindeslutninger, hvilket reducerer inklusionsstørrelsen fra 15μm til under 3μm;

 Homogen behandling:En to-opvarmningsproces (300 grader /4t + 450 grader /12 timer) bruges til at sikre ensartet siliciumfordeling og reducere ydeevneudsving.