Στην αλυσίδα βιομηχανίας κραμάτων αλουμινίου,μεταλλικό πυρίτιο(γνωστό και ωςβιομηχανικό πυρίτιο, με καθαρότητα γενικά μεγαλύτερη από98%) είναι ένα από τα βασικά πρόσθετα. Οι μοναδικές χημικές και φυσικές του ιδιότητες το κάνουν να παίζει αναντικατάστατο ρόλο στην παραγωγή κράματος αλουμινίου.
Το μέταλλο πυριτίου (Si) είναι ένα ημι-μεταλλικό στοιχείο με ημιαγωγικές ιδιότητες, με σημείο τήξης έως 1414 μοίρες και πυκνότητα 2,33 g/cm³. Στην παραγωγή κράματος αλουμινίου, το μεταλλικό πυρίτιο εισάγεται με τη μορφή πρόσθετων στοιχείων πυριτίου και αλλάζει τη συμπεριφορά κρυστάλλωσης και τη μικροδομή του κράματος σχηματίζοντας ένα σύστημα δυαδικού κράματος Al-Si με αλουμίνιο (Al).
Βαθμολόγηση καθαρότητας και πρότυπα βιομηχανίας
| Βαθμοί καθαρότητας | Περιεκτικότητα σε πυρίτιο (Si μεγαλύτερο ή ίσο με ) | Συνολική περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες (Fe+Al+Ca Λιγότερο ή ίσο με ) | Τύπος πυρήνα | Περιοχές Εφαρμογής |
|---|---|---|---|---|
| Μεταλλουργικός βαθμός | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | Κράματα αλουμινίου, αποξείδωση χάλυβα, οργανοπυρίτιο |
| Ηλεκτρονικός βαθμός | 99,999% (5Ν) ή περισσότερο | 0,001% ή λιγότερο | 2202#,1101# | Ημιαγωγοί, φωτοβολταϊκό πολυπυρίτιο |
Βασικά σενάρια εφαρμογής μετάλλου πυριτίου στην παραγωγή κράματος αλουμινίου
1. Βελτιστοποίηση απόδοσης κραμάτων χυτού αλουμινίου (κράματα Al-Si)
(1) Βελτίωση της δυνατότητας επεξεργασίας χύτευσης
Βελτίωση της ρευστότητας:Στα κράματα χύτευσης Al-Si (όπως A356, ADC12, κ.λπ.), η περιεκτικότητα σε πυρίτιο είναι συνήθως 7%-12%. Η προσθήκη πυριτίου μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία τήξης του κράματος, να βελτιώσει τη ρευστότητα του τήγματος, να διευκολύνει την πλήρωση πολύπλοκων καλουπιών και να μειώσει τα ελαττώματα χύτευσης (όπως κρύο κλείσιμο και ανεπαρκή έκχυση).
Μείωση της τάσης θερμικής πυρόλυσης:Το πυρίτιο μπορεί να μειώσει τον συντελεστή θερμικής διαστολής του κράματος (για παράδειγμα, ο συντελεστής θερμικής διαστολής του κράματος Al-12Si είναι περίπου 20×10-6/βαθμός, που είναι χαμηλότερος από 23×10-6/βαθμός καθαρού αλουμινίου), να μειώσει την τάση συρρίκνωσης κατά τη διαδικασία ψύξης, να μειώσει τον κίνδυνο ψύξης και να μειώσει τον κίνδυνο ψύξης.
(2) Ενίσχυση των μηχανικών ιδιοτήτων
Εξευγενισμός κόκκων:Το πυρίτιο ως σωματίδιο δεύτερης φάσης κατανέμεται ομοιόμορφα στη μήτρα αλουμινίου, το οποίο μπορεί να εμποδίσει την ανάπτυξη των κόκκων, να σχηματίσει μια λεπτή ισοαξονική κρυσταλλική δομή και να βελτιώσει την αντοχή και τη σκληρότητα του κράματος. Για παράδειγμα, το κράμα Al-7Si-0,3Mg (ένα συνήθως χρησιμοποιούμενο κράμα χύτευσης στην αεροδιαστημική) μπορεί να επιτύχει αντοχή εφελκυσμού μεγαλύτερη από 270 MPa μέσω μικροκράματος πυριτίου.
Βελτίωση αντοχής στη φθορά:Σε κράματα αλουμινίου με υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο (όπως υπερευτηκτικά κράματα που περιέχουν 18%-22% πυρίτιο), θα καθιζάνουν σκληρά και εύθραυστα σωματίδια πρωτογενούς πυριτίου (σκληρότητα περίπου 1000 HV), βελτιώνοντας σημαντικά την αντίσταση στη φθορά του κράματος. Συχνά χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαρτημάτων ανθεκτικών στη φθορά, όπως κυλίνδρους και έμβολα κινητήρων αυτοκινήτων.
2. Μικροκράμα παραμορφωμένων κραμάτων αλουμινίου (επεξεργασμένα κράματα)
Σε παραμορφωμένα κράματα αλουμινίου (όπως κράματα αλουμινίου σειράς 6xxx, σειρά Al-Mg-Si), το μέταλλο πυριτίου χρησιμοποιείται κυρίως ως πηγή πυριτίου για να σχηματίσει φάση ενίσχυσης Mg2Si με μαγνήσιο. Για παράδειγμα:
6061 κράμα (Al-1Mg-0,6Si):Το πυρίτιο αντιδρά με το μαγνήσιο για να σχηματίσει σωματίδια Mg2Si. Μέσω της διαδικασίας ενίσχυσης της γήρανσης, η αντοχή διαρροής του κράματος φτάνει τα 276 MPa, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε προφίλ κτιρίων και δομικά μέρη της αεροπορίας.
6082 κράμα (Al-1Si-0,8Mg):Έχει υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο και είναι κατάλληλο για χύτευση με εξώθηση. Συχνά χρησιμοποιείται για την κατασκευή αμαξωμάτων σιδηροδρομικών αυτοκινήτων διέλευσης, βιομηχανικών κουφωμάτων κ.λπ.
3. Προσαρμοσμένη ρύθμιση κραμάτων αλουμινίου ειδικής απόδοσης
Κράμα αλουμινίου χαμηλής διαστολής:Με την προσθήκη μεγάλης αναλογίας μετάλλου πυριτίου (όπως κράματα Al{0}}Si που περιέχουν 50%-70% πυρίτιο), ο συντελεστής θερμικής διαστολής μπορεί να μειωθεί κάτω από 5×10-6/βαθμός, ο οποίος χρησιμοποιείται σε πεδία με υψηλές απαιτήσεις για θερμική σταθερότητα, όπως υποστρώματα ηλεκτρονικών συσκευασιών και εξαρτήματα οπτικών οργάνων.
Κράμα αλουμινίου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας:Αν και η θερμική αγωγιμότητα του πυριτίου (148W/m・K) είναι χαμηλότερη από αυτή του αλουμινίου (205W/m・K), η ομοιόμορφη κατανομή των σωματιδίων πυριτίου στο κράμα Al-Si μπορεί να σχηματίσει ένα θερμικό δίκτυο, να βελτιώσει τη συνολική θερμική αγωγιμότητα του κράματος και είναι κατάλληλο για θερμαντικά σώματα σταθμών βάσης 5G και άλλα θερμαντικά σώματα σταθμών βάσης, CPU.
Τάση εφαρμογής και αντίκτυπος στον κλάδο του μεταλλικού πυριτίου
Με την ταχεία ανάπτυξη νέων ενεργειακών, ελαφρών και άλλων πεδίων, η εφαρμογή μεταλλικού πυριτίου σε κράματα αλουμινίου δείχνει τις ακόλουθες τάσεις:
Πεδίο νέων ενεργειακών οχημάτων:Το περίβλημα της μπαταρίας, το ακραίο κάλυμμα του κινητήρα και άλλα εξαρτήματα χρησιμοποιούν μεγάλο αριθμό κραμάτων αλουμινίου με υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο (όπως το Al-12Si), χρησιμοποιώντας την αντοχή στη φθορά και τα καλά χαρακτηριστικά απαγωγής θερμότητας για την κάλυψη των απαιτήσεων αξιοπιστίας και ενεργειακής απόδοσης των νέων ενεργειακών οχημάτων.
Αεροδιαστημικό ελαφρύ:Χαμηλής-πυκνότητας, υψηλής- αντοχής κράματα αλουμινίου (όπως το Al-8Si-3Cu-2Li) που αναπτύχθηκαν με μικροκράμα μεταλλικού πυριτίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή δερμάτων αεροσκαφών, νευρώσεων φτερών και άλλων δομικών μερών για τη μείωση του βάρους του αεροσκάφους.
Προώθηση της κυκλικής οικονομίας:Στη βιομηχανία ανακυκλωμένου αλουμινίου, το μεταλλικό πυρίτιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως "συμπλήρωμα πυριτίου" για να ρυθμίσει την περιεκτικότητα σε πυρίτιο των ανακυκλωμένων υλικών, να διατηρήσει τη σταθερότητα της απόδοσης του κράματος και να συμμορφωθεί με την τάση της πράσινης κατασκευής.
Ως "ρυθμιστής απόδοσης" για την παραγωγή κράματος αλουμινίου, το μεταλλικό πυρίτιο δίνει στα κράματα αλουμινίου μια ποικιλία μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων ελέγχοντας με ακρίβεια την περιεκτικότητα σε πυρίτιο και τη μικροδομή, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη βασικών βιομηχανιών από την αυτοκινητοβιομηχανία έως την αεροδιαστημική. Με την πρόοδο της τεχνολογίας τήξης (όπως η διαδικασία καθαρισμού πυριτίου χαμηλής-ενέργειας) και η επέκταση των αναδυόμενων σεναρίων εφαρμογών, η αξία του μεταλλικού πυριτίου στον τομέα των κραμάτων αλουμινίου θα τονιστεί περαιτέρω.
