Varför behöver aluminiumverk kiselmetall?

Kiselmetall (industriell kisel)är en kärntillsats vid tillverkning av aluminiumlegeringar. Dess kärnkomponent är Si Större än eller lika med 98% (vanliga kvaliteter som t.ex441#och3303#), med strikt kontrollerad föroreningshalt (Fe mindre än eller lika med 0,4 %, Al mindre än eller lika med 0,4 %, etc.). Dess kompatibilitet med aluminium härrör från två huvudegenskaper:

 Kisel och aluminium kan bilda en oändlig fast lösning. Vid en eutektisk temperatur på 577 grader når den maximala lösligheten av kisel i aluminium 1,65 %, vilket ger gott om utrymme för prestandakontroll.

 Tillsatsen av kisel kan sänka smältpunkten för aluminiumlegeringar (rent aluminium smälter vid 660 grader, medan aluminiumlegeringar som innehåller 12% kisel smälter vid 577 grader), samtidigt som det optimerar smältflytbarheten och löser de utmaningar som bildas av komplexa aluminiummaterial.

(1) Prestandaförbättring: Bygger det "mekaniska skelettet" av aluminium

Kiselmetall förbättrar avsevärt de mekaniska kärnegenskaperna hos aluminiumlegeringar genom en dubbel mekanism för förstärkning av fast lösning och förstärkning av utfällning:

Solid Solution Förstärkning:

Kiselatomer integreras i aluminiummatrisgittret, inducerar gitterförvrängning, hindrar dislokationsrörelse och förbättrar samtidigt hårdheten och draghållfastheten hos aluminiumlegeringen.

Nederbördsförstärkning:

I Al-Mg-Si-legeringar bildar kisel och magnesium en Mg₂Si-förstärkande fas (''-fas) vid ett atomförhållande på 1,73:1. Efter T6-åldringsbehandling fälls ''-fasen ut jämnt, vilket ökar sträckgränsen för legeringen från 100 MPa till över 300 MPa.

Synergistisk optimering:

Kisel, i kombination med element som mangan och titan, kan bilda en AlFeMn-dispergerad fas (storlek 0,5-2μm), hämmande av korntillväxt och öka slaghållfastheten hos aluminiumlegeringen med 20%-30%, vilket undviker risken för spröd fraktur.

(2) Förbättrad bearbetning: Minska "formningssvårigheten" vid produktion

Metalliskt kisel är nyckeln till att lösa smärtpunkterna vid bearbetning av aluminiumlegeringar, speciellt lämplig för produktion av komplexa profiler och gjutgods:

Förbättrad gjutningsfluiditet:

Kisel kan minska viskositeten hos aluminiumlegeringssmältorna med 30%-40%, vilket avsevärt förbättrar fyllningskapaciteten, vilket gör den lämplig för komplexa strukturella delar som integrerade fordonspressgjutning och rymdkomponenter.

Minskad hetsprickningstendens:

Kisel kan förfina stelningsstrukturen hos aluminiumlegeringar, begränsa stelningstemperaturintervallet och möjliggöra enhetlig spänningsfrigöring under gjutningskylning, vilket minskar förekomsten av hetsprickbildningsdefekter med mer än 60 %;

Optimerad bearbetningsprestanda:

Gjutna aluminiumlegeringar som innehåller 5%-13% kisel är mindre benägna att fastna i verktyg under skärning, vilket ökar bearbetningseffektiviteten med 25%-30% och minskar verktygsslitaget med 40%, vilket gör dem särskilt lämpliga för tillverkning av bearbetade delar.

(3) Förbättrad hållbarhet: Ger aluminium en "korrosions- och slitstyrka"

Kiselmetall kan optimera den kemiska stabiliteten och slitstyrkan hos aluminiumlegeringar och förlänga deras livslängd:

Förbättrad korrosionsbeständighet:

Kisel kan bilda en tät oxidfilm (SiO₂-Al₂O₃-kompositfilm) på aluminiumytan, vilket hindrar reaktionen mellan syre och den inre matrisen, vilket minskar korrosionshastigheten för aluminiumlegeringar i fuktiga, sura och alkaliska miljöer med 50 %-70 %, vilket gör den lämplig för byggnadsmaterial utomhus, och andra tekniska scenarier;

Förbättrad slitstyrka:

Kiselpartiklarna i aluminiumlegeringar har hög hårdhet (Mohs hårdhet 7.0), vilket kan bilda en "hård partikeldispersion"-struktur, vilket minskar friktionsslitage. Med en kiselhalt på 3 % uppvisar aluminiumlegeringen en friktionskoefficient så låg som 0,052 och en slitagemängd på endast 64,8 mg, vilket visar optimal slitstyrka.

Termisk stabilitetsoptimering:

AA7075 flygaluminiumlegering som innehåller 0,1-0,2% kisel behåller 85-90% av sin styrka efter 1000 timmars exponering vid 150 grader, med avsevärt minskad känslighet för korngränskorrosion.

(4) Anpassningsbar till flera scenarier: Stödjer "gränsöverskridande-tillämpning" av aluminiummaterial

Sammansättningen av metalliskt kisel kan kontrolleras exakt, vilket gör det möjligt för aluminiumlegeringar att anpassa sig till behoven hos olika industrier, vilket är det centrala stödet för aluminiumfabriker för att expandera sina marknader:

Flyg och rymd:

Genom att använda 3303# hög-kiselmetall (Si större än eller lika med 99,3 %, Fe mindre än eller lika med 0,3 %), styrning av kiselhalten i aluminiumlegeringar till 0,10-0,20 % och koordinering med Fe/Si-förhållandekontroll (1,5-2,0) kan öka livslängden för utmattning av aluminium från 1,5 till 2,0. 2,1×10⁶ cykler till 3,7×10⁶ cykler, som uppfyller de stränga kraven för flygplansvingar och raketdrivmedelstankar;

Biltillverkning:

Använder 441# metalliskt kisel, kontrollerar kiselinnehållet i aluminiumlegeringar till 6-10 %, producerar värme-fria integrerade pressgjutna delar, säkerställer en draghållfasthet Större än eller lika med 300MPa, och minskar produktionskostnaderna, lämpliga för nya energifordonskarosser, hjulnav, och andra komponenter;

Konstruktion och elektronik:

Användning av vanliga byggaluminiummaterial553# silikonmetall(Si Större än eller lika med 98%), med en kiselhalt på 0,5-1,5%, balanserar styrka och bearbetbarhet; aluminiumlegeringar som används för elektroniska enhetshöljen kontrollerar kiselhalten till Mindre än eller lika med 0,2 % för att säkerställa ytfinish och konduktivitet.

(1) Exakt kontroll av tillsatsmängden

 Gjutna aluminiumlegeringar:Kiselhalten är vanligtvis 5%-13%; återvunna aluminiumlegeringar, på grund av kiselhalten i avfallsaluminium, kan få sin tillsats reducerad till 5-7 %;
 Smides aluminiumlegeringar:Kiselhalten är oftast under 0,5 %, indirekt tillsatt genom aluminium-kiselmellanlegeringar;
 Undvik överdriven tillsats:När kiselhalten överstiger 13%, kommer förlängningen av aluminiumlegeringen att minska avsevärt (mindre än eller lika med 5%), segheten kommer att försämras och den kommer att vara benägen att bli spröd.

(2) Smält- och reningsprocess

 Smälttemperatur:Kontrolleras vid 720-780 grader för att säkerställa fullständig upplösning av kiselmetall och undvika prestandadefekter orsakade av olösta partiklar;

 Reningsbehandling:Tre-stegs keramisk filtrering (30→50→70ppi) + elektromagnetisk omrörning (magnetisk fältstyrka 0,15T) används för att ta bort kiselinneslutningar, vilket minskar inneslutningsstorleken från 15μm till under 3μm;

 Homogen behandling:En två-uppvärmningsprocess (300 grader /4h + 450 grader /12h) används för att säkerställa enhetlig kiselfördelning och minska prestandafluktuationer.