Dlaczego zakłady produkujące aluminium potrzebują krzemometalu?

Krzem metaliczny (krzem przemysłowy)jest głównym dodatkiem w produkcji stopów aluminium. Jego głównym składnikiem jest Si większy lub równy 98% (główne gatunki, takie jak441#I3303#), o ściśle kontrolowanej zawartości zanieczyszczeń (Fe mniejszy lub równy 0,4%, Al mniejszy lub równy 0,4% itp.). Jego kompatybilność z aluminiowymi wspornikami wynika z dwóch głównych cech:

 Krzem i aluminium mogą tworzyć nieskończone, stałe rozwiązanie. W temperaturze eutektycznej wynoszącej 577 stopni maksymalna rozpuszczalność krzemu w aluminium sięga 1,65%, co zapewnia duże pole do kontroli wydajności.

 Dodatek krzemu może obniżyć temperaturę topnienia stopów aluminium (czyste aluminium topi się w temperaturze 660 stopni, podczas gdy stopy aluminium zawierające 12% krzemu topią się w temperaturze 577 stopni), jednocześnie optymalizując płynność stopu i rozwiązując wyzwania związane z formowaniem złożonych materiałów aluminiowych.

(1) Zwiększenie wydajności: Budowa „mechanicznego szkieletu” z aluminium

Krzem metaliczny znacząco poprawia właściwości mechaniczne rdzenia stopów aluminium poprzez podwójny mechanizm wzmacniania roztworem stałym i wzmacniania wydzieleniowego:

Wzmocnienie stałego roztworu:

Atomy krzemu integrują się z siatką osnowy aluminiowej, powodując zniekształcenie sieci, utrudniając ruch dyslokacyjny, a jednocześnie poprawiając twardość i wytrzymałość stopu aluminium na rozciąganie.

Wzmocnienie opadów:

W stopach Al-Mg-Si krzem i magnez tworzą fazę wzmacniającą Mg₂Si („fazę”) w stosunku atomowym 1,73:1. Po starzeniu T6 faza „” wytrąca się równomiernie, zwiększając granicę plastyczności stopu z 100 MPa do ponad 300 MPa.

Optymalizacja synergistyczna:

Krzem w połączeniu z pierwiastkami takimi jak mangan i tytan może tworzyć fazę rozproszoną AlFeMn (wielkość 0,5-2 μm), hamując wzrost ziaren i zwiększając udarność stopu aluminium o 20%-30%, unikając ryzyka kruchego pękania.

(2) Ulepszona obróbka: zmniejszenie „trudności formowania” w produkcji

Krzem metaliczny jest kluczem do rozwiązania problemów związanych z obróbką stopów aluminium, szczególnie przydatnych do produkcji skomplikowanych profili i odlewów:

Poprawiona płynność odlewania:

Krzem może zmniejszać lepkość stopionego stopu aluminium o 30–40%, znacznie zwiększając zdolność wypełniania, dzięki czemu nadaje się do złożonych części konstrukcyjnych, takich jak zintegrowane odlewy ciśnieniowe w samochodach i komponenty lotnicze.

Zmniejszona tendencja do pękania na gorąco:

Krzem może udoskonalić strukturę krzepnięcia stopów aluminium, zawęzić zakres temperatur krzepnięcia i pozwolić na równomierne uwalnianie naprężeń podczas chłodzenia odlewu, zmniejszając częstość występowania defektów pękania na gorąco o ponad 60%;

Zoptymalizowana wydajność obróbki:

Odlewane stopy aluminium zawierające 5%-13% krzemu są mniej podatne na zaklejanie narzędzi podczas skrawania, zwiększając wydajność obróbki o 25%-30% i zmniejszając zużycie narzędzi o 40%, co czyni je szczególnie przydatnymi do produkcji części obrabianych.

(3) Zwiększona trwałość: nadanie aluminium „osłony odpornej na korozję i zużycie”

Metal krzemowy może zoptymalizować stabilność chemiczną i odporność na zużycie stopów aluminium, wydłużając ich żywotność:

Zwiększona odporność na korozję:

Krzem może tworzyć gęstą warstwę tlenku (warstwę kompozytową SiO₂-Al₂O₃) na powierzchni aluminium, utrudniając reakcję między tlenem a osnową wewnętrzną, zmniejszając szybkość korozji stopów aluminium w wilgotnym, kwaśnym i zasadowym środowisku o 50% -70%, dzięki czemu nadaje się do inżynierii morskiej, zewnętrznych materiałów budowlanych i innych scenariuszy;

Poprawiona odporność na zużycie:

Cząstki krzemu w stopach aluminium mają wysoką twardość (twardość Mohsa 7,0), która może tworzyć strukturę „dyspersyjnej twardej cząstki”, zmniejszając zużycie cierne. Przy zawartości krzemu wynoszącej 3% stop aluminium wykazuje współczynnik tarcia wynoszący zaledwie 0,052 i stopień zużycia wynoszący zaledwie 64,8 mg, wykazując optymalną odporność na zużycie.

Optymalizacja stabilności termicznej:

Stop aluminium lotniczego AA7075 zawierający 0,1-0,2% krzemu zachowuje 85-90% swojej wytrzymałości po 1000 godzinach ekspozycji w temperaturze 150 stopni, przy znacznie zmniejszonej podatności na korozję na granicy ziaren.

(4) Możliwość dostosowania do wielu scenariuszy: wspieranie „-zastosowania transgranicznego” materiałów aluminiowych

Skład metalicznego krzemu można precyzyjnie kontrolować, umożliwiając dostosowanie stopów aluminium do potrzeb różnych gałęzi przemysłu, co stanowi podstawowe wsparcie dla fabryk aluminium w poszerzaniu rynków:

Przemysł lotniczy:

Stosując metaliczny krzem o wysokiej-czystości 3303# (Si większy lub równy 99,3%, Fe mniejszy lub równy 0,3%), kontrolując zawartość krzemu w stopach aluminium do 0,10–0,20% i koordynując kontrolę stosunku Fe/Si (1,5–2,0), trwałość zmęczeniową materiałów aluminiowych można zwiększyć z 2,1 × 10⁶ cykli do 3,7×10⁶ cykli, spełniające rygorystyczne wymagania dotyczące drzewców skrzydeł samolotów i zbiorników paliwa rakietowego;

Produkcja samochodów:

Stosowanie metalicznego krzemu 441# w celu kontrolowania zawartości krzemu w stopach aluminium do 6-10%, wytwarzania-zintegrowanych części odlewanych ciśnieniowo bez wytwarzania ciepła, zapewniających wytrzymałość na rozciąganie większą lub równą 300 MPa oraz zmniejszających koszty produkcji, odpowiednich do nadwozi pojazdów zasilanych nowymi energią, piast kół i innych komponentów;

Konstrukcja i elektronika:

Zwykłe zastosowanie materiałów aluminiowych w budownictwie553 # metal krzemowy(Si większy lub równy 98%), o zawartości krzemu 0,5-1,5%, równoważy wytrzymałość i przetwarzalność; stopy aluminium stosowane w obudowach urządzeń elektronicznych kontrolują zawartość krzemu na poziomie mniejszym lub równym 0,2%, aby zapewnić wykończenie powierzchni i przewodność.

(1) Precyzyjna kontrola ilości dodatku

 Odlewane stopy aluminium:Zawartość krzemu wynosi zwykle 5–13%; stopy aluminium pochodzące z recyklingu, ze względu na zawartość krzemu w odpadowym aluminium, można zmniejszyć ich dodatek do 5-7%;
 Kute stopy aluminium:Zawartość krzemu wynosi głównie poniżej 0,5% i jest dodawany pośrednio poprzez pośrednie stopy aluminium-krzemu;
 Unikaj nadmiernego dodawania:Gdy zawartość krzemu przekracza 13%, wydłużenie stopu aluminium znacznie się zmniejszy (mniejsze lub równe 5%), spadnie wytrzymałość i będzie on podatny na kruchość.

(2) Proces wytapiania i oczyszczania

 Temperatura wytapiania:Kontrolowana w temperaturze 720-780 stopni, aby zapewnić całkowite rozpuszczenie metalicznego krzemu i uniknąć wad wydajności spowodowanych przez nierozpuszczone cząstki;

 Zabieg Oczyszczający:Trzy-stopniowa filtracja ceramiczna (30 → 50 → 70 ppi) + mieszanie elektromagnetyczne (natężenie pola magnetycznego 0,15 T) służy do usuwania wtrąceń krzemu, zmniejszając wielkość wtrąceń z 15 μm do poniżej 3 μm;

 Jednorodne traktowanie:Aby zapewnić równomierną dystrybucję krzemu i zmniejszyć wahania wydajności, stosuje się dwustopniowy-proces ogrzewania (300 stopni / 4 godz. + 450 stopni / 12 godz.).