У ланцюжку виробництва алюмінієвих сплавівметалевий кремній(також відомий якпромисловий кремній, з чистотою, як правило, більше ніж98%) є однією з основних добавок. Його унікальні хімічні та фізичні властивості роблять його незамінним у виробництві алюмінієвих сплавів.
Металевий кремній (Si) – це напів-металічний елемент із властивостями напівпровідника, з температурою плавлення до 1414 градусів і густиною 2,33 г/см³. У виробництві алюмінієвих сплавів металевий кремній вводиться у вигляді добавок кремнієвих елементів і змінює поведінку кристалізації та мікроструктуру сплаву шляхом утворення подвійної системи сплаву Al-Si з алюмінієм (Al).
Оцінка чистоти та промислові стандарти
| Ступені чистоти | Вміст кремнію (Si більше або дорівнює ) | Загальний вміст домішок (Fe+Al+Ca менше або дорівнює ) | Тип сердечника | Сфери застосування |
|---|---|---|---|---|
| Металургійний клас | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | Алюмінієві сплави, розкислення сталі, кремнійорганічний |
| Електронний клас | 99,999% (5N) або більше | 0,001% або менше | 2202#,1101# | Напівпровідники, фотоелектричний полікремній |
Основні сценарії застосування металевого кремнію у виробництві алюмінієвих сплавів
1. Оптимізація продуктивності литих алюмінієвих сплавів (Al-Si сплавів)
(1) Покращення технологічності лиття
Покращення плинності:У ливарних сплавах Al-Si (таких як A356, ADC12 тощо) вміст кремнію зазвичай становить 7–12%. Додавання кремнію може знизити температуру плавлення сплаву, покращити текучість розплаву, полегшити заповнення складних форм і зменшити дефекти лиття (такі як холодне закриття та недостатнє заливання).
Зменшення схильності до термічного розтріскування:Кремній може зменшити коефіцієнт теплового розширення сплаву (наприклад, коефіцієнт теплового розширення сплаву Al-12Si становить приблизно 20×10⁻⁶/градус, що менше, ніж 23×10⁻⁶/градус чистого алюмінію), зменшити напругу усадки під час процесу охолодження виливка та зменшити ризик термічного розтріскування.
(2) Посилення механічних властивостей
Очищення зерна:Кремній як частинка другої фази рівномірно розподіляється в алюмінієвій матриці, що може перешкоджати росту зерен, утворювати тонку рівновісну кристалічну структуру та покращувати міцність і в’язкість сплаву. Наприклад, сплав Al-7Si-0,3Mg (зазвичай використовуваний ливарний сплав в аерокосмічній галузі) може досягти міцності на розрив понад 270 МПа завдяки кремнієвому мікросплаву.
Підвищення зносостійкості:В алюмінієвих сплавах з високим вмістом кремнію (таких як заевтектичні сплави, що містять 18%-22% кремнію), тверді та крихкі первинні частинки кремнію (твердість близько 1000HV) будуть осідати, значно покращуючи зносостійкість сплаву. Його часто використовують для виготовлення зносостійких деталей, таких як циліндри та поршні автомобільних двигунів.
2. Мікролегування деформованих алюмінієвих сплавів (оброблених сплавів)
У деформованих алюмінієвих сплавах (таких як алюмінієві сплави серії 6xxx, серія Al-Mg-Si) металевий кремній в основному використовується як джерело кремнію для формування фази зміцнення Mg₂Si з магнієм. Наприклад:
Сплав 6061 (Al-1Mg-0,6Si):Кремній реагує з магнієм, утворюючи частинки Mg₂Si. Завдяки процесу зміцнення старінням межа текучості сплаву досягає 276 МПа, що широко використовується в будівельних профілях та авіаційних конструктивних частинах.
Сплав 6082 (Al-1Si-0,8Mg):Він має високий вміст кремнію і підходить для екструзії. Його часто використовують для виготовлення кузовів залізничних транзитних вагонів, промислових рам тощо.
3. Індивідуальне регулювання спеціальних алюмінієвих сплавів
Алюмінієвий сплав з низьким коефіцієнтом розширення:Завдяки додаванню великої частки металевого кремнію (наприклад, сплави Al-Si, що містять 50%–70% кремнію), коефіцієнт теплового розширення можна зменшити до рівня нижче 5×10⁻⁶/градус, що використовується в галузях із високими вимогами до термічної стабільності, як-от підкладки електронного пакування та компоненти оптичних приладів.
Алюмінієвий сплав з високою теплопровідністю:Хоча теплопровідність кремнію (148 Вт/м・K) нижча, ніж у алюмінію (205 Вт/м・K), рівномірний розподіл частинок кремнію в сплаві Al-Si може утворювати теплову мережу, покращувати загальну теплопровідність сплаву та підходить для радіаторів базових станцій 5G, радіаторів ЦП та інших сценаріїв.
Тенденції застосування та промисловий вплив металевого кремнію
Зі швидким розвитком нових енергетичних, легких та інших галузей застосування металевого кремнію в алюмінієвих сплавах демонструє такі тенденції:
Поле нових енергетичних транспортних засобів:Для корпусу батареї, торцевої кришки двигуна та інших компонентів використовується велика кількість алюмінієвих сплавів із високим вмістом кремнію (таких як Al-12Si), які враховують його зносостійкість і хороші характеристики розсіювання тепла, щоб відповідати вимогам надійності та енергоефективності нових транспортних засобів на енергії.
Аерокосмічний легкий:Алюмінієві сплави з низькою-щільністю,-високою{1}}міцністю (такі як Al-8Si-3Cu-2Li), отримані мікролегуванням металевого кремнію, можна використовувати для виготовлення обшивки літаків, ребер крила та інших конструктивних деталей для зменшення ваги літака.
Просування циркулярної економіки:У промисловості переробленого алюмінію металевий кремній можна використовувати як «кремнієву добавку» для регулювання вмісту кремнію у перероблених матеріалах, підтримки стабільності характеристик сплаву та відповідності тенденціям екологічного виробництва.
Як «регулятор продуктивності» для виробництва алюмінієвих сплавів, металевий кремній надає алюмінієвим сплавам різноманітних механічних і фізичних властивостей шляхом точного контролю вмісту кремнію та мікроструктури, підтримуючи розвиток ключових галузей промисловості від виробництва автомобілів до аерокосмічної промисловості. З удосконаленням технології плавлення (наприклад, низько{1}}процес очищення кремнію) і розширенням нових сценаріїв застосування цінність металевого кремнію в галузі алюмінієвих сплавів буде ще більше висвітлюватися.
