Việc phân loại củahợp kim canxi silicdựa trên hàm lượng canxi (Ca) và silicon (Si) làm chỉ số cốt lõi. Các loại công nghiệp phổ biến và phạm vi thành phần của chúng như sau (tuân thủ tiêu chuẩn GB/T 4701-2021 "Hợp kim canxi silic"):
| Các lớp phổ biến | Phạm vi hàm lượng canxi (Ca) | Phạm vi nội dung silicon (Si) | Hàm lượng tạp chất tối đa (Al+Fe) | Lĩnh vực ứng dụng chính |
|---|---|---|---|---|
| Ca31Si55 | 30%-35% | 50%-58% | Nhỏ hơn hoặc bằng 8% | Khử oxy và khử lưu huỳnh trong luyện thép |
| Ca28Si60 | 25%-30% | 58%-65% | Nhỏ hơn hoặc bằng 7% | Cấy gang, bổ sung silicon luyện thép |
| Ca20Si65 | 18%-22% | 63%-68% | Nhỏ hơn hoặc bằng 6% | Đúc hợp kim nhôm, khử oxy thép thông thường |
| CaSi cấp điện tử | Lớn hơn hoặc bằng 30%(Ca) | Lớn hơn hoặc bằng 60%(Si) | Tổng tạp chất Nhỏ hơn hoặc bằng 0,1% | Vật liệu bán dẫn, linh kiện điện tử |
Lưu ý: Một số loại đặc biệt có thể được điều chỉnh hàm lượng tạp chất theo yêu cầu của người dùng (ví dụ:-nhôm Ca31Si55 thấp, Al Nhỏ hơn hoặc bằng 1%).
Sự khác biệt trong ứng dụng của các loại hợp kim canxi silic khác nhau trong sản xuất thép
Hợp kim CaSi chủ yếu thực hiện chức năng khử oxy, khử lưu huỳnh và tinh chế hạt trong sản xuất thép. Các loại khác nhau cho thấy sự khác biệt đáng kể trong các ứng dụng và tác dụng phù hợp của chúng:
Tác dụng khử oxy: Hàm lượng canxi-cao sẽ vượt trội hơn.
Loại canxi-cao (ví dụ: Ca31Si55):Ca có ái lực mạnh với O. Thêm 0,3%-0,5% (theo khối lượng thép nóng chảy) có thể làm giảm hàm lượng oxy trong thép nóng chảy từ 80-100ppm xuống 30-40ppm. Hiệu suất khử oxy cao hơn 40% -50% so với thông thườngferrosilicon. Nó phù hợp với các loại thép-chất lượng cao (ví dụ: thép chịu lực, thép lò xo) và có thể giảm tạp chất oxit (ví dụ: Al₂O₃), cải thiện tuổi thọ mỏi của thép.
Loại canxi-trung bình (ví dụ: Ca28Si60):Hiệu suất khử oxy thấp hơn một chút so với Ca31Si55, nhưng có thể thêm silicon đồng thời (tăng hàm lượng Si trong thép nóng chảy). Hàm lượng canxi: 0,1%-0,2%, thích hợp cho các loại thép cần điều chỉnh hàm lượng silicon (chẳng hạn như thép cường độ cao hợp kim thấp{6}}), cân bằng quá trình khử oxy và điều chỉnh thành phần.
Tác dụng khử lưu huỳnh: Hàm lượng canxi quyết định khả năng khử lưu huỳnh.
Tỷ lệ khử lưu huỳnh Ca31Si55 có thể đạt 60%{11}}70% (giảm hàm lượng lưu huỳnh trong thép nóng chảy từ 0,03% xuống 0,009%-0,012%). Các tạp chất CaS được tạo ra có điểm nóng chảy cao (2450 độ ) và mật độ thấp (2,58g/cm³), khiến chúng dễ nổi và loại bỏ. Nó phù hợp với các loại thép có yêu cầu nghiêm ngặt về hàm lượng lưu huỳnh (như thép năng lượng hạt nhân và thép thùng chứa nhiệt độ thấp).
Tỷ lệ khử lưu huỳnh Ca20Si65 chỉ 40% -50%, chỉ phù hợp với thép carbon thông thường (hàm lượng lưu huỳnh cho phép Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05%).
Tinh chế hạt: Các loại canxi-cao cải thiện tính chất cơ học của thép.
Ca trong Ca31Si55 thúc đẩy sự hình thành các carbonitride (chẳng hạn như Nb(C,N)) từ các nguyên tố như Nb và Ti trong thép, hoạt động như một hạt nhân sàng lọc hạt. Quá trình này tinh chỉnh kích thước hạt từ 50μm đến 20{9}}30μm, tăng độ bền kéo lên 15%-20% và độ bền va đập thêm 25%-30%, khiến nó phù hợp với các loại thép có độ bền cao (chẳng hạn như thép chịu mài mòn cho máy móc kỹ thuật).
Sự khác biệt trong ứng dụng của các loại hợp kim SiCa khác nhau trong lĩnh vực đúc
Trong lĩnh vực đúc, hợp kim canxi-silicon chủ yếu được sử dụng làm chế phẩm và chất điều chỉnh thành phần. Việc lựa chọn các cấp độ cần phải phù hợp với loại vật đúc và yêu cầu về hiệu suất:
Cấy gang: Cấp độ silicon-cao thích ứng với yêu cầu về độ dẻo dai
Cấp silicon-cao (chẳng hạn như Ca28Si60, Ca20Si65):Si là nguyên tố cốt lõi cho quá trình grafit hóa gang. Thêm 0,2%-0,4% (theo khối lượng sắt nóng chảy) có thể làm tăng tốc độ hình cầu hóa than chì của gang xám từ 70% lên trên 90%, đồng thời tăng độ bền va đập từ 12J/cm2 lên 18-22J/cm2. Nó phù hợp cho các bộ phận bằng gang đòi hỏi độ bền cao (như giường máy công cụ, đĩa phanh ô tô);
Loại canxi-cao (chẳng hạn như Ca31Si55):Hiệu ứng tiêm chủng yếu hơn, nhưng nó có thể cải thiện tính lưu động của sắt nóng chảy (độ nhớt giảm 15%-20%), giảm tình trạng "đổ không hoàn toàn" các bộ phận bằng gang có thành mỏng (độ dày thành 3-5mm). Khiếm khuyết, thích hợp cho các vật đúc có kết cấu phức tạp (chẳng hạn như van chính xác).
Đúc hợp kim không chứa sắt-: Phù hợp với yêu cầu về thành phần nếu cần
Đúc hợp kim nhôm:Ca20Si65 có thể bổ sung Si vào hợp kim nhôm (tăng cường độ bền của hợp kim), trong khi Ca có thể trung hòa các nguyên tố có hại như Na và Li trong hợp kim nhôm (tạo ra CaNa₂ và CaLi₂), cải thiện “xu hướng nứt nóng”, phù hợp cho việc sản xuất bánh xe hợp kim nhôm ô tô;
Đúc hợp kim magiê:Ca trong Ca31Si55 có thể tinh chế các hạt hợp kim magie (từ 100μm đến 40-50μm), cải thiện độ bền nhiệt độ cao (độ bền kéo ở 200 độ tăng 30%), thích hợp cho các thành phần hợp kim magie hàng không vũ trụ.
Sự khác biệt trong ứng dụng của các loại hợp kim SiliconCanxi khác nhau trong các lĩnh vực đặc biệt
Lĩnh vực vật liệu điện tử: Cấp độ tinh khiết cao là chìa khóa
Hợp kim canxi-cấp silicon{1}}điện tử (chẳng hạn như Ca30Si60, có tổng hàm lượng tạp chất Nhỏ hơn hoặc bằng 0,1%) yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hàm lượng B và P (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,0001%) để tránh ảnh hưởng đến tính chất điện của tấm silicon bán dẫn. Chúng có thể được sử dụng để chuẩn bịsilicon đa tinh thể(thông qua việc khử SiO₂ bằng silicon{0}}canxi), khiến chúng phù hợp cho việc sản xuất chip. Các loại công nghiệp thông thường (như Ca31Si55) không thể đáp ứng yêu cầu của ngành điện tử do hàm lượng tạp chất quá cao.
Hợp kim đặc biệt: Thiết kế thành phần chính xác
Sản xuất thép không gỉ:Bổ sung Ca28Si60 giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ (hàm lượng Cr đồng đều hơn, tránh vùng thiếu Cr{2}}), kéo dài thời gian chống ăn mòn phun muối của thép không gỉ từ 200h lên trên 350h;
Sản xuất hợp kim chịu nhiệt-:Ca trong Ca31Si55 tăng cường khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ-cao của hợp kim (tạo ra màng bảo vệ CaO-Al₂O₃ dày đặc), giảm tốc độ oxy hóa của hợp kim chịu nhiệt-ở 1000 độ xuống 50%, khiến nó phù hợp cho việc sản xuất cánh tuabin khí.
Nguyên tắc cốt lõi để lựa chọn các loại hợp kim CanxiSilicon
Ưu tiên "Chức năng cốt lõi":
Chọn loại canxi-cao (Ca31Si55) cho các ứng dụng yêu cầu khử oxy/khử lưu huỳnh mạnh và-loại silicon cao (Ca28Si60, Ca20Si65) cho các ứng dụng yêu cầu cấy/bổ sung silicon;
Phù hợp theo "Yêu cầu về độ tinh khiết của vật liệu":
Chọn cấp độ tinh khiết cao-cho các ứng dụng điện tử và năng lượng hạt nhân cũng như cấp độ thông thường cho các ứng dụng công nghiệp nói chung;
Cân đối theo “Chi phí xử lý”:
Loại canxi-cao đắt hơn 20%-30% so với loại silicon-cao. Đối với các ứng dụng không{6}}quan trọng, có thể sử dụng loại canxi trung bình (chẳng hạn như Ca28Si60) để giảm chi phí.
