Навіщо алюмінієвим заводам металевий кремній?

Металевий кремній (промисловий кремній)є основною добавкою у виробництві алюмінієвих сплавів. Його основним компонентом є Si більше або дорівнює 98% (основні сорти, такі як441#і3303#), із суворо контрольованим вмістом домішок (Fe менше або дорівнює 0,4%, Al менше або дорівнює 0,4% тощо). Його сумісність з алюмінієм обумовлена ​​двома основними характеристиками:

 Силіцій і алюміній можуть утворювати нескінченний твердий розчин. При евтектичній температурі 577 градусів максимальна розчинність кремнію в алюмінії досягає 1,65%, що забезпечує достатньо можливостей для контролю продуктивності.

 Додавання кремнію може знизити температуру плавлення алюмінієвих сплавів (чистий алюміній плавиться при 660 градусах, тоді як алюмінієві сплави, що містять 12% кремнію, плавляться при 577 градусах), одночасно оптимізуючи плинність розплаву та вирішуючи проблеми формування складних алюмінієвих матеріалів.

(1) Підвищення продуктивності: створення «механічного скелета» з алюмінію

Металевий кремній значно покращує основні механічні властивості алюмінієвих сплавів завдяки подвійному механізму зміцнення твердого розчину та дискретного зміцнення:

Зміцнення твердого розчину:

Атоми кремнію інтегруються в решітку алюмінієвої матриці, викликаючи спотворення решітки, перешкоджаючи руху дислокацій і одночасно покращуючи твердість і міцність на розрив алюмінієвого сплаву.

Посилення опадів:

У сплавах Al-Mg-Si кремній і магній утворюють зміцнюючу фазу Mg₂Si (фазу '') з атомним співвідношенням 1,73:1. Після старіння T6 фаза виділяється рівномірно, збільшуючи межу текучості сплаву від 100 МПа до понад 300 МПа.

Синергічна оптимізація:

Кремній у поєднанні з такими елементами, як марганець і титан, може утворювати дисперсійну фазу AlFeMn (розмір 0,5-2 мкм), пригнічуючи ріст зерен і підвищуючи ударну в'язкість алюмінієвого сплаву на 20%-30%, уникаючи ризику крихкого руйнування.

(2) Покращена механічна обробка: Зменшення «складності формування» виробництва

Металевий кремній є ключовим для вирішення проблемних моментів механічної обробки алюмінієвих сплавів, особливо підходить для виробництва складних профілів і лиття:

Покращена текучість лиття:

Кремній може знизити в'язкість розплавів алюмінієвих сплавів на 30%-40%, значно підвищуючи здатність до наповнення, що робить його придатним для складних структурних деталей, таких як інтегроване лиття під тиском автомобілів і аерокосмічні компоненти.

Знижена тенденція до гарячого розтріскування:

Кремній може покращити структуру затвердіння алюмінієвих сплавів, звузити діапазон температур затвердіння та забезпечити рівномірне зняття напруги під час охолодження виливка, зменшуючи кількість дефектів гарячого розтріскування більш ніж на 60%;

Оптимізована продуктивність обробки:

Литі алюмінієві сплави, що містять 5%-13% кремнію, менш схильні до залипання інструменту під час різання, підвищуючи ефективність обробки на 25%-30% і знижуючи знос інструменту на 40%, що робить їх особливо придатними для виробництва деталей, що оброблюються.

(3) Підвищена довговічність: надання алюмінію «щита від корозії та зносу»

Металевий кремній може оптимізувати хімічну стабільність і зносостійкість алюмінієвих сплавів, продовжуючи термін їх служби:

Підвищена стійкість до корозії:

Кремній може утворювати щільну оксидну плівку (композитна плівка SiO₂-Al₂O₃) на поверхні алюмінію, перешкоджаючи реакції між киснем і внутрішньою матрицею, знижуючи швидкість корозії алюмінієвих сплавів у вологому, кислотному та лужному середовищах на 50%-70%, що робить його придатним для морської техніки, зовнішніх будівельних матеріалів та інших сценаріїв;

Покращена зносостійкість:

Частинки кремнію в алюмінієвих сплавах мають високу твердість (твердість за Моосом 7,0), яка може утворювати структуру «дисперсії твердих частинок», зменшуючи знос від тертя. З вмістом кремнію 3%, алюмінієвий сплав демонструє низький коефіцієнт тертя 0,052 і ступінь зносу лише 64,8 мг, демонструючи оптимальну зносостійкість.

Оптимізація термічної стабільності:

Аерокосмічний алюмінієвий сплав AA7075, що містить 0,1-0,2% кремнію, зберігає 85-90% своєї міцності після 1000 годин витримки при 150 градусах зі значно зниженою сприйнятливістю до корозії меж зерен.

(4) Можливість адаптації до кількох сценаріїв: підтримка «транс-застосування алюмінію» алюмінієвих матеріалів

Склад металевого кремнію можна точно контролювати, що дозволяє адаптувати алюмінієві сплави до потреб різних галузей промисловості, що є основною підтримкою алюмінієвих заводів для розширення своїх ринків:

Аерокосмічна:

Використовуючи металевий кремній високої чистоти 3303# (Si більше або дорівнює 99,3%, Fe менше або дорівнює 0,3%), контролюючи вміст кремнію в алюмінієвих сплавах до 0,10-0,20% і координуючи регулювання співвідношення Fe/Si (1,5-2,0), можна збільшити довговічність алюмінієвих матеріалів від втоми 2,1×10⁶ циклів до 3,7×10⁶ циклів, що відповідає суворим вимогам до лонжеронів крил літаків і баків ракетного палива;

Автомобільна промисловість:

Використання металевого кремнію 441#, контроль вмісту кремнію в алюмінієвих сплавах до 6-10%, виробництво-інтегрованих литих під тиском деталей, забезпечення міцності на розрив, що перевищує або дорівнює 300 МПа, і зниження витрат на виробництво, підходить для нових кузовів транспортних засобів, втулок коліс та інших компонентів;

Будівництво та електроніка:

Використання звичайних будівельних алюмінієвих матеріалів553 # металевий кремній(Si більше або дорівнює 98%), із вмістом кремнію 0,5-1,5%, збалансована міцність і технологічність; алюмінієві сплави, що використовуються для виготовлення корпусів електронних пристроїв, контролюють вміст кремнію до 0,2% або менше, щоб забезпечити якість поверхні та провідність.

(1) Точний контроль кількості додавання

 Литі алюмінієві сплави:Вміст кремнію зазвичай становить 5%-13%; перероблені алюмінієві сплави, завдяки вмісту кремнію у відходах алюмінію, можна зменшити додавання до 5-7%;
 Деформовані алюмінієві сплави:Вміст кремнію здебільшого становить менше 0,5%, опосередковано додається через алюмінієві-кремнієві проміжні сплави;
 Уникайте надмірного додавання:Коли вміст кремнію перевищує 13%, відносне подовження алюмінієвого сплаву значно зменшиться (менше або дорівнює 5%), міцність погіршиться, і він буде схильний до крихкості.

(2) Процес плавлення та очищення

 Температура плавлення:Контролюється при 720-780 градусах, щоб забезпечити повне розчинення металевого кремнію та уникнути дефектів продуктивності, викликаних нерозчиненими частинками;

 Лікування очищення:Три-ступенева керамічна фільтрація (30→50→70 пікселів на дюйм) + електромагнітне перемішування (напруженість магнітного поля 0,15 Тл) використовується для видалення кремнієвих включень, зменшуючи розмір включень з 15 мкм до менше 3 мкм;

 Однорідна обробка:Дво-процес нагрівання (300 градусів /4 год + 450 градус /12 год) використовується для забезпечення рівномірного розподілу кремнію та зменшення коливань продуктивності.