V priemyselnom reťazci hliníkových zliatinkremíkový kov(tiež známy akopriemyselný kremík, s čistotou všeobecne viac ako98%) je jednou zo základných prísad. Jeho jedinečné chemické a fyzikálne vlastnosti z neho robia nezastupiteľnú úlohu pri výrobe hliníkových zliatin.
Kremíkový kov (Si) je polo{0}}kovový prvok s polovodičovými vlastnosťami s teplotou topenia až 1414 stupňov a hustotou 2,33 g/cm³. Pri výrobe zliatiny hliníka sa kovový kremík zavádza vo forme prísad kremíkových prvkov a mení kryštalizačné správanie a mikroštruktúru zliatiny vytvorením systému binárnych zliatin Al-Si s hliníkom (Al).
Triedenie čistoty a priemyselné štandardy
| Stupne čistoty | Obsah kremíka (Si väčší alebo rovný ) | Celkový obsah nečistôt (Fe+Al+Ca Menší alebo rovný ) | Typ jadra | Oblasti použitia |
|---|---|---|---|---|
| Hutnícky stupeň | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | Zliatiny hliníka, dezoxidácia ocele, organokremičité |
| Elektronická známka | 99,999 % (5N) alebo viac | 0,001 % alebo menej | 2202#,1101# | Polovodiče, fotovoltaický polysilikón |
Hlavné aplikačné scenáre kremíkového kovu pri výrobe hliníkových zliatin
1. Optimalizácia výkonu zliatin hliníka (Al-Si zliatiny)
(1) Zlepšenie spracovateľnosti odliatkov
Zlepšenie plynulosti:V zliatinách na odlievanie Al-Si (ako A356, ADC12 atď.) je obsah kremíka zvyčajne 7 % – 12 %. Pridanie kremíka môže znížiť teplotu tavenia zliatiny, zlepšiť tekutosť taveniny, uľahčiť plnenie zložitých foriem a znížiť chyby odlievania (ako je studené uzatváranie a nedostatočné nalievanie).
Zníženie tendencie tepelného praskania:Kremík môže znížiť koeficient tepelnej rozťažnosti zliatiny (napríklad koeficient tepelnej rozťažnosti zliatiny Al-12Si je asi 20 × 10⁻⁶/ stupeň, čo je menej ako 23 × 10⁻⁶/ stupeň čistého hliníka), znížiť namáhanie pri zmršťovaní počas procesu chladenia odliatku a znížiť riziko tepelných trhlín.
(2) Posilnenie mechanických vlastností
Zjemnenie zrna:Kremík ako častica druhej fázy je rovnomerne distribuovaný v hliníkovej matrici, čo môže brániť rastu zŕn, vytvárať jemnú rovnoosú kryštálovú štruktúru a zlepšovať pevnosť a húževnatosť zliatiny. Napríklad zliatina Al-7Si-0,3Mg (bežne používaná zliatina na odlievanie v leteckom a kozmickom priemysle) môže dosiahnuť pevnosť v ťahu viac ako 270 MPa prostredníctvom mikrolegovania kremíka.
Zlepšenie odolnosti proti opotrebovaniu:V hliníkových zliatinách s vysokým obsahom kremíka (ako sú hypereutektické zliatiny obsahujúce 18 %-22 % kremíka) sa budú vyzrážať tvrdé a krehké častice primárneho kremíka (tvrdosť približne 1000 HV), čím sa výrazne zlepší odolnosť zliatiny proti opotrebovaniu. Často sa používa na výrobu dielov odolných voči opotrebovaniu, ako sú valce a piesty automobilových motorov.
2. Mikrolegovanie deformovaných hliníkových zliatin (spracované zliatiny)
V deformovaných hliníkových zliatinách (ako sú hliníkové zliatiny série 6xxx, séria Al-Mg-Si) sa kremíkový kov používa hlavne ako zdroj kremíka na vytvorenie Mg₂Si spevňujúcej fázy s horčíkom. Napríklad:
Zliatina 6061 (Al-1Mg-0,6Si):Kremík reaguje s horčíkom za vzniku častíc Mg₂Si. Prostredníctvom procesu spevňovania starnutím dosahuje medza klzu zliatiny 276 MPa, čo sa široko používa v stavebných profiloch a leteckých konštrukčných častiach.
Zliatina 6082 (Al-1Si-0,8Mg):Má vysoký obsah kremíka a je vhodný na extrúzne lisovanie. Často sa používa na výrobu karosérií koľajových vozidiel, priemyselných rámov atď.
3. Prispôsobená regulácia špeciálnych hliníkových zliatin
Zliatina hliníka s nízkou rozťažnosťou:Pridaním vysokého podielu kremíkového kovu (ako sú zliatiny Al-Si obsahujúce 50 % až 70 % kremíka) možno koeficient tepelnej rozťažnosti znížiť pod 5×10⁻⁶/stupeň, čo sa používa v oblastiach s vysokými požiadavkami na tepelnú stabilitu, ako sú elektronické obalové substráty a súčasti optických prístrojov.
Hliníková zliatina s vysokou tepelnou vodivosťou:Hoci tepelná vodivosť kremíka (148 W/m・K) je nižšia ako tepelná vodivosť hliníka (205 W/m・K), rovnomerné rozloženie častíc kremíka v zliatine Al-Si môže vytvoriť tepelnú sieť, zlepšiť celkovú tepelnú vodivosť zliatiny a je vhodné pre radiátory základňových staníc 5G, chladiče CPU a iné scenáre.
Aplikačný trend a priemyselný vplyv kovového kremíka
S rýchlym vývojom nových energetických, ľahkých a iných oblastí ukazuje použitie kovového kremíka v hliníkových zliatinách nasledujúce trendy:
Nové pole energetických vozidiel:Kryt batérie, kryt konca motora a ďalšie komponenty používajú veľké množstvo hliníkových zliatin s vysokým obsahom kremíka (ako je Al-12Si), ktoré využívajú svoju odolnosť proti opotrebeniu a dobré vlastnosti odvádzania tepla na splnenie požiadaviek na spoľahlivosť a energetickú účinnosť nových energetických vozidiel.
Ľahký letecký priemysel:Zliatiny hliníka s nízkou{0}}hustotou a vysokou{1}}pevnosťou (napríklad Al-8Si-3Cu-2Li) vyvinuté mikrozliatím kovového kremíka možno použiť na výrobu plášťov lietadiel, rebier krídel a iných konštrukčných dielov na zníženie hmotnosti lietadiel.
Podpora obehovej ekonomiky:V priemysle recyklovaného hliníka môže byť kovový kremík použitý ako „kremíkový doplnok“ na úpravu obsahu kremíka v recyklovaných materiáloch, na udržanie stability výkonu zliatiny a na prispôsobenie sa trendu ekologickej výroby.
Ako „regulátor výkonu“ pre výrobu hliníkových zliatin dáva kremíkový kov hliníkovým zliatinám rôzne mechanické a fyzikálne vlastnosti precíznou kontrolou obsahu kremíka a mikroštruktúry, čím podporuje rozvoj kľúčových priemyselných odvetví od výroby automobilov po letecký priemysel. S pokrokom v technológii tavenia (ako je nízkoenergetický proces čistenia kremíka) a rozšírením nových aplikačných scenárov sa hodnota kovového kremíka v oblasti hliníkových zliatin ešte viac zvýrazní.
