V verigi industrije aluminijevih zlitin,silicijeva kovina(znan tudi kotindustrijski silicij, s čistostjo na splošno več kot98%) je eden od osrednjih dodatkov. Zaradi svojih edinstvenih kemičnih in fizikalnih lastnosti igra nenadomestljivo vlogo pri proizvodnji aluminijevih zlitin.
Kovinski silicij (Si) je pol-kovinski element s polprevodniškimi lastnostmi, s tališčem do 1414 stopinj in gostoto 2,33 g/cm³. Pri proizvodnji aluminijevih zlitin je kovinski silicij uveden v obliki dodatkov elementov silicija in spremeni kristalizacijsko obnašanje in mikrostrukturo zlitine tako, da tvori binarni sistem zlitine Al-Si z aluminijem (Al).
Razvrščanje čistosti in industrijski standardi
| Stopnje čistosti | Vsebnost silicija (Si Večji ali enak ) | Skupna vsebnost nečistoč (Fe+Al+Ca manj kot ali enako) | Vrsta jedra | Področja uporabe |
|---|---|---|---|---|
| Metalurški razred | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | Aluminijeve zlitine, deoksidacija jekla, organosilicij |
| Elektronska ocena | 99,999 % (5N) ali več | 0,001 % ali manj | 2202#,1101# | Polprevodniki, fotovoltaični polisilicij |
Osnovni scenariji uporabe kovinskega silicija v proizvodnji aluminijevih zlitin
1. Optimizacija zmogljivosti litih aluminijevih zlitin (Al-Si zlitine)
(1) Izboljšanje obdelave litja
Izboljšanje pretočnosti:V zlitinah za ulivanje Al-Si (kot so A356, ADC12 itd.) je vsebnost silicija običajno 7–12 %. Dodatek silicija lahko zniža temperaturo taljenja zlitine, izboljša fluidnost taline, olajša polnjenje zapletenih kalupov in zmanjša napake pri litju (kot sta hladna zapora in nezadostno vlivanje).
Zmanjšanje nagnjenosti k termičnim razpokam:Silicij lahko zmanjša koeficient toplotnega raztezanja zlitine (na primer, koeficient toplotnega raztezanja zlitine Al-12Si je približno 20×10⁻⁶/stopinjo, kar je nižje od 23×10⁻⁶/stopino čistega aluminija), zmanjša napetost pri krčenju med postopkom ohlajanja ulitka in zmanjša tveganje za toplotne razpoke.
(2) Krepitev mehanskih lastnosti
Rafiniranje zrn:Silicij kot delec druge faze je enakomerno porazdeljen v aluminijasti matrici, kar lahko ovira rast zrn, tvori fino enakoosno kristalno strukturo in izboljša trdnost in žilavost zlitine. Na primer, zlitina Al-7Si-0,3Mg (običajno uporabljena zlitina za ulivanje v vesolju) lahko doseže natezno trdnost več kot 270 MPa s silicijevim mikrolegiranjem.
Izboljšanje odpornosti proti obrabi:V aluminijevih zlitinah z visoko vsebnostjo silicija (kot so hiperevtektične zlitine, ki vsebujejo 18 %-22 % silicija), se bodo izločali trdi in krhki primarni delci silicija (trdota približno 1000HV), kar znatno izboljša odpornost zlitine proti obrabi. Pogosto se uporablja za izdelavo delov, odpornih proti obrabi, kot so valji in bati avtomobilskih motorjev.
2. Mikrolegiranje deformiranih aluminijevih zlitin (predelane zlitine)
V deformiranih aluminijevih zlitinah (kot so aluminijeve zlitine serije 6xxx, serija Al-Mg-Si) se kovinski silicij uporablja predvsem kot vir silicija za tvorbo ojačitvene faze Mg₂Si z magnezijem. Na primer:
6061 zlitina (Al-1Mg-0,6Si):Silicij reagira z magnezijem in tvori delce Mg₂Si. S procesom utrjevanja s staranjem doseže meja tečenja zlitine 276 MPa, kar se pogosto uporablja v gradbenih profilih in letalskih strukturnih delih.
6082 zlitina (Al-1Si-0,8Mg):Ima visoko vsebnost silicija in je primeren za ekstruzijo. Pogosto se uporablja za izdelavo karoserij železniških tranzitnih vagonov, industrijskih okvirjev itd.
3. Prilagojena ureditev aluminijevih zlitin s posebnimi zmogljivostmi
Aluminijeva zlitina z nizko ekspanzijo:Z dodajanjem velikega deleža kovinskega silicija (kot so zlitine Al-Si, ki vsebujejo 50 %-70 % silicija), se lahko koeficient toplotnega raztezanja zmanjša pod 5 × 10⁻⁶/ stopinjo, kar se uporablja na področjih z visokimi zahtevami glede toplotne stabilnosti, kot so substrati elektronske embalaže in komponente optičnih instrumentov.
Aluminijeve zlitine z visoko toplotno prevodnostjo:Čeprav je toplotna prevodnost silicija (148 W/m・K) nižja od toplotne prevodnosti aluminija (205 W/m・K), lahko enakomerna porazdelitev silicijevih delcev v zlitini Al-Si tvori toplotno mrežo, izboljša splošno toplotno prevodnost zlitine in je primerna za radiatorje baznih postaj 5G, hladilnike procesorjev in druge scenarije.
Trend uporabe in vpliv kovinskega silicija na industrijo
S hitrim razvojem novih energetskih, lahkih in drugih področij uporaba kovinskega silicija v aluminijevih zlitinah kaže naslednje trende:
Novo področje energetskih vozil:Ohišje akumulatorja, končni pokrov motorja in druge komponente uporabljajo veliko število zlitin z visoko vsebnostjo silicija (kot je Al-12Si), z uporabo odpornosti proti obrabi in dobrega odvajanja toplote za izpolnjevanje zahtev glede zanesljivosti in energetske učinkovitosti novih energetskih vozil.
Aerospace lahek:Aluminijeve zlitine z nizko-gostoto in visoko-trdnostjo (kot je Al-8Si-3Cu-2Li), razvite z mikrolegiranjem kovinskega silicija, se lahko uporabljajo za izdelavo oblog letal, reber kril in drugih strukturnih delov za zmanjšanje teže letal.
Promocija krožnega gospodarstva:V industriji recikliranega aluminija se kovinski silicij lahko uporablja kot "silicijev dodatek" za prilagajanje vsebnosti silicija v recikliranih materialih, ohranjanje stabilnosti delovanja zlitine in prilagajanje trendu zelene proizvodnje.
Kot "regulator zmogljivosti" za proizvodnjo aluminijevih zlitin daje kovinski silicij aluminijevim zlitinam različne mehanske in fizikalne lastnosti z natančnim nadzorom vsebnosti silicija in mikrostrukture, kar podpira razvoj ključnih industrij od avtomobilske proizvodnje do vesoljske industrije. Z napredkom tehnologije taljenja (kot je nizko{1}}energijski postopek čiščenja silicija) in širitvijo nastajajočih scenarijev uporabe bo vrednost kovinskega silicija na področju aluminijevih zlitin še bolj poudarjena.
