Tại sao nhà máy nhôm cần kim loại silicon?

Silicon kim loại (silicon công nghiệp)là chất phụ gia cốt lõi trong sản xuất hợp kim nhôm. Thành phần cốt lõi của nó là Si Lớn hơn hoặc bằng 98% (các loại chính thống như441#Và3303#), với hàm lượng tạp chất được kiểm soát chặt chẽ (Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4%, Al Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4%, v.v.). Khả năng tương thích của nó với nhôm bắt nguồn từ hai đặc điểm chính:

 Silicon và nhôm có thể tạo thành dung dịch rắn vô hạn. Ở nhiệt độ eutectic là 577 độ, độ hòa tan tối đa của silicon trong nhôm đạt 1,65%, mang lại nhiều không gian để kiểm soát hiệu suất.

 Việc bổ sung silicon có thể làm giảm điểm nóng chảy của hợp kim nhôm (nhôm nguyên chất nóng chảy ở 660 độ, trong khi hợp kim nhôm chứa 12% silicon nóng chảy ở 577 độ), đồng thời tối ưu hóa khả năng chảy nóng chảy và giải quyết các thách thức hình thành của vật liệu nhôm phức tạp.

(1) Nâng cao hiệu suất: Xây dựng “Bộ khung cơ khí” bằng nhôm

Kim loại silicon tăng cường đáng kể các tính chất cơ học cốt lõi của hợp kim nhôm thông qua cơ chế kép tăng cường dung dịch rắn và tăng cường kết tủa:

Tăng cường giải pháp rắn:

Các nguyên tử silicon tích hợp vào mạng ma trận nhôm, gây ra biến dạng mạng, cản trở chuyển động trật khớp, đồng thời cải thiện độ cứng và độ bền kéo của hợp kim nhôm.

Tăng cường lượng mưa:

Trong hợp kim Al-Mg-Si, silic và magie tạo thành pha tăng cường Mg₂Si ( pha '') với tỷ lệ nguyên tử là 1,73:1. Sau khi xử lý lão hóa T6, pha '' kết tủa đồng đều, tăng cường độ chảy của hợp kim từ 100MPa lên hơn 300MPa.

Tối ưu hóa hiệp đồng:

Silicon, kết hợp với các nguyên tố như mangan và titan, có thể tạo thành pha phân tán AlFeMn (kích thước 0,5-2μm), ức chế sự phát triển của hạt và tăng độ bền va đập của hợp kim nhôm lên 20% -30%, tránh nguy cơ gãy giòn.

(2) Cải tiến gia công: Giảm "Khó khăn tạo hình" trong sản xuất

Silicon kim loại là chìa khóa để giải quyết các điểm yếu khi gia công hợp kim nhôm, đặc biệt thích hợp để sản xuất các biên dạng và vật đúc phức tạp:

Cải thiện tính lưu động của quá trình đúc:

Silicon có thể làm giảm độ nhớt của hợp kim nhôm nóng chảy từ 30% -40%, tăng cường đáng kể khả năng làm đầy, khiến nó phù hợp với các bộ phận kết cấu phức tạp như khuôn đúc ô tô tích hợp và các bộ phận hàng không vũ trụ.

Giảm xu hướng nứt nóng:

Silicon có thể tinh chỉnh cấu trúc hóa rắn của hợp kim nhôm, thu hẹp phạm vi nhiệt độ hóa rắn và cho phép giải phóng ứng suất đồng đều trong quá trình làm nguội vật đúc, giảm hơn 60% tỷ lệ khuyết tật nứt nóng;

Hiệu suất gia công được tối ưu hóa:

Hợp kim nhôm đúc chứa 5%-13% silicon ít bị dính dụng cụ hơn trong quá trình cắt, tăng hiệu suất gia công lên 25%-30% và giảm mài mòn dụng cụ tới 40%, khiến chúng đặc biệt thích hợp để sản xuất các bộ phận gia công.

(3) Tăng cường độ bền: Mang lại cho nhôm một "Tấm chắn chống ăn mòn và mài mòn"

Kim loại silicon có thể tối ưu hóa độ ổn định hóa học và khả năng chống mài mòn của hợp kim nhôm, kéo dài tuổi thọ của chúng:

Tăng cường khả năng chống ăn mòn:

Silicon có thể tạo thành một màng oxit dày đặc (màng composite SiO₂-Al₂O₃) trên bề mặt nhôm, cản trở phản ứng giữa oxy và ma trận bên trong, làm giảm 50%-70% tốc độ ăn mòn của hợp kim nhôm trong môi trường ẩm ướt, axit và kiềm, khiến nó phù hợp với kỹ thuật hàng hải, vật liệu xây dựng ngoài trời và các tình huống khác;

Cải thiện khả năng chống mài mòn:

Các hạt silicon trong hợp kim nhôm có độ cứng cao (độ cứng Mohs 7.0), có thể tạo thành cấu trúc "phân tán hạt cứng", giảm mài mòn do ma sát. Với hàm lượng silicon 3%, hợp kim nhôm có hệ số ma sát thấp tới 0,052 và lượng mài mòn chỉ 64,8 mg, thể hiện khả năng chống mài mòn tối ưu.

Tối ưu hóa độ ổn định nhiệt:

Hợp kim nhôm hàng không vũ trụ AA7075 chứa 0,1-0,2% silicon giữ được 85-90% độ bền sau 1000 giờ tiếp xúc ở 150 độ, giảm đáng kể khả năng bị ăn mòn ranh giới hạt.

(4) Thích ứng với nhiều tình huống: Hỗ trợ "Ứng dụng xuyên biên giới" của Vật liệu nhôm

Thành phần của silicon kim loại có thể được kiểm soát chính xác, giúp hợp kim nhôm thích ứng với nhu cầu của các ngành công nghiệp khác nhau, đây là sự hỗ trợ cốt lõi để các nhà máy nhôm mở rộng thị trường:

Hàng không vũ trụ:

Sử dụng kim loại silicon có độ tinh khiết cao 3303#{1}}(Si Lớn hơn hoặc bằng 99,3%, Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 0,3%), kiểm soát hàm lượng silicon trong hợp kim nhôm lên 0,10-0,20% và phối hợp với kiểm soát tỷ lệ Fe/Si (1,5-2,0), tuổi thọ mỏi của vật liệu nhôm có thể tăng từ chu kỳ 2,1×10⁶ lên chu kỳ 3,7×10⁶, đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt yêu cầu của xà cánh máy bay và thùng chứa thuốc phóng tên lửa;

Sản xuất ô tô:

Sử dụng silicon kim loại 441#, kiểm soát hàm lượng silicon trong hợp kim nhôm đến 6-10%, sản xuất các bộ phận đúc khuôn tích hợp-không tỏa nhiệt, đảm bảo độ bền kéo Lớn hơn hoặc bằng 300MPa và giảm chi phí sản xuất, phù hợp với thân xe, trục bánh xe và các bộ phận khác sử dụng năng lượng mới;

Xây dựng và Điện tử:

Sử dụng vật liệu nhôm xây dựng thông thườngKim loại silicon 553 #(Si Lớn hơn hoặc bằng 98%), với hàm lượng silicon 0,5-1,5%, cân bằng độ bền và khả năng xử lý; hợp kim nhôm được sử dụng cho vỏ thiết bị điện tử kiểm soát hàm lượng silicon ở mức Nhỏ hơn hoặc bằng 0,2% để đảm bảo độ hoàn thiện bề mặt và độ dẫn điện.

(1) Kiểm soát chính xác lượng bổ sung

 Hợp kim nhôm đúc:Hàm lượng silicon thường là 5% -13%; hợp kim nhôm tái chế, do hàm lượng silicon trong nhôm thải, có thể giảm hàm lượng silicon bổ sung xuống còn 5-7%;
 Hợp kim nhôm rèn:Hàm lượng silic chủ yếu dưới 0,5%, được bổ sung gián tiếp thông qua các hợp kim trung gian nhôm{1}}silicon;
 Tránh bổ sung quá mức:Khi hàm lượng silicon vượt quá 13%, độ giãn dài của hợp kim nhôm sẽ giảm đáng kể (Nhỏ hơn hoặc bằng 5%), độ dẻo dai sẽ kém đi và dễ bị giòn.

(2) Quá trình nấu chảy và tinh chế

 Nhiệt độ luyện kim:Được kiểm soát ở 720-780 độ để đảm bảo hòa tan hoàn toàn kim loại silicon và tránh các khiếm khuyết về hiệu suất do các hạt không hòa tan gây ra;

 Điều trị thanh lọc:Lọc gốm ba-giai đoạn (30→50→70ppi) + khuấy điện từ (cường độ từ trường 0,15T) được sử dụng để loại bỏ các tạp chất silicon, giảm kích thước tạp chất từ ​​15μm xuống dưới 3μm;

 Điều trị đồng nhất:Quy trình gia nhiệt hai{0}}giai đoạn (300 độ /4h + 450 độ /12h) được sử dụng để đảm bảo phân phối silicon đồng đều và giảm biến động hiệu suất.