A la cadena de la indústria de l'aliatge d'alumini,silici metall(també conegut comsilici industrial, amb una puresa generalment superior a98%) és un dels additius bàsics. Les seves propietats químiques i físiques úniques fan que tingui un paper insubstituïble en la producció d'aliatges d'alumini.
El silici metàl·lic (Si) és un element semi-metàl·lic amb propietats semiconductores, amb un punt de fusió de fins a 1414 graus i una densitat de 2,33 g/cm³. En la producció d'aliatges d'alumini, el silici metàl·lic s'introdueix en forma d'additius d'elements de silici i canvia el comportament de cristal·lització i la microestructura de l'aliatge formant un sistema d'aliatge binari Al-Si amb alumini (Al).
Classificació de puresa i estàndards de la indústria
| Graus de puresa | Contingut de silici (Si superior o igual a) | Contingut total d'impureses (Fe+Al+Ca Menor o igual a) | Tipus de nucli | Àrees d'aplicació |
|---|---|---|---|---|
| Grau metal·lúrgic | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | Aliatges d'alumini, desoxidació d'acer, organosilici |
| Grau electrònic | 99,999% (5N) o més | 0,001% o menys | 2202#,1101# | Semiconductors, polisilici fotovoltaic |
Escenaris bàsics d'aplicació del silici metàl·lic en la producció d'aliatges d'alumini
1. Optimització del rendiment dels aliatges d'alumini fos (aliatges d'Al-Si)
(1) Millora de la processabilitat de la fosa
Millora de la fluïdesa:En els aliatges de fosa d'Al-Si (com A356, ADC12, etc.), el contingut de silici sol ser del 7%-12%. L'addició de silici pot reduir la temperatura de fusió de l'aliatge, millorar la fluïdesa de la fosa, facilitar l'ompliment de motlles complexos i reduir els defectes de colada (com ara tancat en fred i abocament insuficient).
Reducció de la tendència al craqueig tèrmic:El silici pot reduir el coeficient d'expansió tèrmica de l'aliatge (per exemple, el coeficient d'expansió tèrmica de l'aliatge Al-12Si és d'uns 20 × 10⁻⁶ / grau, que és inferior a 23 × 10⁻⁶ / grau d'alumini pur), redueix l'estrès de contracció durant el procés de refredament i redueix el risc de trencament de la fosa.
(2) Reforç de propietats mecàniques
Refinament del gra:El silici com a partícula de segona fase es distribueix uniformement a la matriu d'alumini, cosa que pot dificultar el creixement dels grans, formar una fina estructura de cristall equiaxial i millorar la resistència i la duresa de l'aliatge. Per exemple, l'aliatge Al-7Si-0,3Mg (un aliatge de fosa d'ús habitual en l'aeronautica) pot aconseguir una resistència a la tracció de més de 270 MPa mitjançant microaliatges de silici.
Millora de la resistència al desgast:En aliatges d'alumini amb alt contingut de silici (com ara aliatges hipereutèctics que contenen un 18%-22% de silici), les partícules de silici primari dures i trencadisses (duresa d'uns 1000HV) es precipitaran, millorant significativament la resistència al desgast de l'aliatge. Sovint s'utilitza per fabricar peces resistents al desgast, com ara cilindres i pistons de motor d'automòbil.
2. Microaliatge d'aliatges d'alumini deformats (aliatges processats)
En aliatges d'alumini deformats (com ara aliatges d'alumini de la sèrie 6xxx, sèrie Al-Mg{-Si), el silici metall s'utilitza principalment com a font de silici per formar la fase d'enfortiment de Mg₂Si amb magnesi. Per exemple:
Aliatge 6061 (Al-1Mg-0.6Si):El silici reacciona amb el magnesi per formar partícules de Mg₂Si. A través del procés d'enfortiment de l'envelliment, la resistència a la fluència de l'aliatge arriba als 276MPa, que s'utilitza àmpliament en perfils de construcció i peces estructurals d'aviació.
Aliatge 6082 (Al-1Si-0,8Mg):Té un alt contingut de silici i és adequat per a l'emmotllament per extrusió. Sovint s'utilitza per fabricar carrosseries de cotxes de trànsit ferroviari, bastidors industrials, etc.
3. Regulació personalitzada d'aliatges d'alumini de rendiment especial
Aliatge d'alumini de baixa expansió:Afegint una gran proporció de silici metàl·lic (com ara aliatges d'Al-Si que contenen entre un 50% i un 70% de silici), el coeficient d'expansió tèrmica es pot reduir a menys de 5 × 10⁻⁶/ grau, que s'utilitza en camps amb alts requisits d'estabilitat tèrmica, com ara substrats d'embalatge electrònic i components d'instruments òptics.
Aliatge d'alumini d'alta conductivitat tèrmica:Tot i que la conductivitat tèrmica del silici (148W/m·K) és inferior a la de l'alumini (205W/m·K), la distribució uniforme de partícules de silici en l'aliatge Al-Si pot formar una xarxa tèrmica, millorar la conductivitat tèrmica general de l'aliatge i és adequada per a radiadors d'estació base 5G, dissipadors de calor de CPU i altres escenaris.
Tendència d'aplicació i impacte en la indústria del silici metàl·lic
Amb el ràpid desenvolupament de nous camps energètics, lleugers i altres, l'aplicació de silici metàl·lic en aliatges d'alumini mostra les tendències següents:
Camp de vehicles d'energia nova:La carcassa de la bateria, la coberta final del motor i altres components utilitzen un gran nombre d'aliatges d'alumini d'alt silici (com Al-12Si), utilitzant la seva resistència al desgast i les bones característiques de dissipació de calor per satisfer els requisits de fiabilitat i eficiència energètica dels vehicles d'energia nova.
Aeroespacial lleuger:Els aliatges d'alumini de baixa-densitat i-alta resistència (com ara Al-8Si-3Cu-2Li) desenvolupats per microaliatges metàl·lics de silici es poden utilitzar per fabricar pells d'avions, costelles d'ala i altres peces estructurals per reduir el pes dels avions.
Promoció de l'economia circular:A la indústria de l'alumini reciclat, el silici metàl·lic es pot utilitzar com a "suplement de silici" per ajustar el contingut de silici dels materials reciclats, mantenir l'estabilitat del rendiment de l'aliatge i adaptar-se a la tendència de la fabricació verda.
Com a "regulador de rendiment" per a la producció d'aliatges d'alumini, el silici metall ofereix als aliatges d'alumini una varietat de propietats físiques i mecàniques controlant amb precisió el contingut i la microestructura de silici, donant suport al desenvolupament de les indústries clau des de la fabricació d'automòbils fins a l'aeronautica. Amb l'avenç de la tecnologia de fosa (com ara el procés de purificació de silici de baixa-energia) i l'expansió dels escenaris d'aplicació emergents, es destacarà encara més el valor del silici metàl·lic en el camp dels aliatges d'alumini.
