ในห่วงโซ่อุตสาหกรรมอลูมิเนียมอัลลอยด์โลหะซิลิคอน(หรือเรียกอีกอย่างว่าซิลิคอนอุตสาหกรรมโดยมีความบริสุทธิ์โดยทั่วไปมากกว่า98%) เป็นหนึ่งในสารเติมแต่งหลัก คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้มีบทบาทสำคัญในการผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียม
โลหะซิลิคอน (Si) เป็นองค์ประกอบกึ่งโลหะ-ที่มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ โดยมีจุดหลอมเหลวสูงถึง 1414 องศา และความหนาแน่น 2.33g/cm³ ในการผลิตโลหะผสมอลูมิเนียม โลหะซิลิคอนถูกนำมาใช้ในรูปแบบของสารเติมแต่งองค์ประกอบซิลิกอน และเปลี่ยนพฤติกรรมการตกผลึกและโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมโดยการสร้างระบบโลหะผสมไบนารี Al-Si ด้วยอลูมิเนียม (Al)
การให้เกรดความบริสุทธิ์และมาตรฐานอุตสาหกรรม
| เกรดความบริสุทธิ์ | เนื้อหาซิลิคอน (Si มากกว่าหรือเท่ากับ) | ปริมาณสิ่งเจือปนทั้งหมด (Fe + Al + Ca น้อยกว่าหรือเท่ากับ) | ประเภทแกน | พื้นที่ใช้งาน |
|---|---|---|---|---|
| เกรดโลหะ | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | โลหะผสมอะลูมิเนียม ดีออกซิเดชันของเหล็ก ออร์กาโนซิลิกอน |
| เกรดอิเล็กทรอนิกส์ | 99.999% (5N) หรือมากกว่า | 0.001% หรือน้อยกว่า | 2202#,1101# | สารกึ่งตัวนำ, โพลีซิลิคอนเซลล์แสงอาทิตย์ |
สถานการณ์การใช้งานหลักของโลหะซิลิคอนในการผลิตโลหะผสมอลูมิเนียม
1. การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของโลหะผสมอะลูมิเนียมหล่อ (โลหะผสม Al-Si)
(1) การปรับปรุงความสามารถในการหล่อ
การปรับปรุงความลื่นไหล:ในอัลลอยด์หล่อ Al-Si (เช่น A356, ADC12 เป็นต้น) ปริมาณซิลิคอนโดยปกติจะอยู่ที่ 7%-12% การเติมซิลิคอนสามารถลดอุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะผสม ปรับปรุงความลื่นไหลของการหลอม ทำให้ง่ายต่อการเติมแม่พิมพ์ที่ซับซ้อน และลดข้อบกพร่องในการหล่อ (เช่น การปิดเย็นและการเทไม่เพียงพอ)
ลดแนวโน้มของการแตกร้าวจากความร้อน:ซิลิคอนสามารถลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของโลหะผสมได้ (เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของโลหะผสม Al-12Si อยู่ที่ประมาณ 20×10⁻⁶/ องศา ซึ่งต่ำกว่า 23×10⁻⁶/ องศาของอลูมิเนียมบริสุทธิ์) ลดความเครียดการหดตัวในระหว่างกระบวนการหล่อเย็นของการหล่อ และลดความเสี่ยงของการแตกร้าวจากความร้อน
(2) การเสริมสร้างคุณสมบัติทางกล
การปรับแต่งเกรน:ซิลิคอนเป็นอนุภาคระยะที่ 2 มีการกระจายเท่าๆ กันในเมทริกซ์อะลูมิเนียม ซึ่งอาจขัดขวางการเจริญเติบโตของเมล็ดข้าว สร้างโครงสร้างผลึกที่มีความสมดุลที่ดี และปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของโลหะผสม ตัวอย่างเช่น โลหะผสม Al-7Si-0.3Mg (โลหะผสมหล่อที่ใช้กันทั่วไปในการบินและอวกาศ) สามารถรับความต้านทานแรงดึงได้มากกว่า 270MPa ผ่านโลหะผสมไมโครซิลิคอน
การปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ:ในอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีปริมาณซิลิคอนสูง (เช่น โลหะผสมไฮเปอร์ยูเทคติกที่มีซิลิคอน 18%-22%) อนุภาคซิลิคอนปฐมภูมิที่แข็งและเปราะ (ความแข็งประมาณ 1,000HV) จะตกตะกอน ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมได้อย่างมาก มักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ทนทานต่อการสึกหรอ เช่น กระบอกสูบและลูกสูบของเครื่องยนต์ในรถยนต์
2. ไมโครอัลลอยด์ของอะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีรูปร่างผิดปกติ (โลหะผสมที่ผ่านการแปรรูป)
ในอะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีรูปทรงผิดปกติ (เช่น อะลูมิเนียมอัลลอยด์ซีรีส์ 6xxx ซีรีส์ Al-Mg-Si) โลหะซิลิคอนส่วนใหญ่จะใช้เป็นแหล่งซิลิคอนเพื่อสร้างเฟสการเสริมความแข็งแกร่งของ Mg₂Si ด้วยแมกนีเซียม ตัวอย่างเช่น:
โลหะผสม 6061 (Al-1Mg-0.6Si):ซิลิคอนทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียมเพื่อสร้างอนุภาค Mg₂Si ด้วยกระบวนการเสริมสร้างความชรา ความแข็งแรงของผลผลิตของโลหะผสมถึง 276MPa ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างโปรไฟล์และชิ้นส่วนโครงสร้างการบิน
โลหะผสม 6082 (Al-1Si-0.8Mg):มีปริมาณซิลิกอนสูงและเหมาะสำหรับการขึ้นรูปแบบอัดขึ้นรูป มักใช้ในการผลิตตัวถังรถขนส่งทางรถไฟ โครงอุตสาหกรรม ฯลฯ
3. กฎระเบียบที่กำหนดเองของโลหะผสมอลูมิเนียมประสิทธิภาพพิเศษ
อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีการขยายตัวต่ำ:ด้วยการเพิ่มสัดส่วนที่สูงของโลหะซิลิกอน (เช่น อัลลอยด์ Al-Si ที่มีซิลิคอน 50%-70%) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนจะลดลงเหลือต่ำกว่า 5×10⁻⁶/ องศา ซึ่งใช้ในสาขาที่มีความต้องการสูงสำหรับความเสถียรทางความร้อน เช่น พื้นผิวบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และส่วนประกอบอุปกรณ์เกี่ยวกับแสง
อลูมิเนียมอัลลอยด์การนำความร้อนสูง:แม้ว่าค่าการนำความร้อนของซิลิคอน (148W/m・K) จะต่ำกว่าค่าการนำความร้อนของอะลูมิเนียม (205W/m・K) แต่การกระจายตัวของอนุภาคซิลิคอนที่สม่ำเสมอในโลหะผสม Al-Si สามารถสร้างเครือข่ายความร้อน ปรับปรุงการนำความร้อนโดยรวมของโลหะผสม และเหมาะสำหรับหม้อน้ำของสถานีฐาน 5G, แผงระบายความร้อนของ CPU และสถานการณ์อื่นๆ
แนวโน้มการใช้งานและผลกระทบทางอุตสาหกรรมของโลหะซิลิคอน
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของพลังงานใหม่ น้ำหนักเบา และสาขาอื่นๆ การใช้โลหะซิลิคอนในโลหะผสมอลูมิเนียมแสดงให้เห็นแนวโน้มต่อไปนี้:
สาขายานยนต์พลังงานใหม่:ตัวเรือนแบตเตอรี่ ฝาครอบปลายมอเตอร์ และส่วนประกอบอื่นๆ ใช้โลหะผสมอลูมิเนียมซิลิคอนสูงจำนวนมาก (เช่น Al-12Si) โดยใช้ความต้านทานการสึกหรอและลักษณะการกระจายความร้อนที่ดี เพื่อตอบสนองความต้องการด้านความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของยานพาหนะพลังงานใหม่
การบินและอวกาศน้ำหนักเบา:อลูมิเนียมอัลลอยด์-ความหนาแน่นต่ำ-ความแข็งแรงสูง (เช่น Al-8Si-3Cu-2Li) ที่พัฒนาโดยโลหะผสมไมโครซิลิคอนของโลหะ สามารถใช้ในการผลิตผิวหนังเครื่องบิน ซี่โครงปีก และชิ้นส่วนโครงสร้างอื่นๆ เพื่อลดน้ำหนักของเครื่องบิน
การส่งเสริมเศรษฐกิจหมุนเวียน:ในอุตสาหกรรมอะลูมิเนียมรีไซเคิล โลหะซิลิคอนสามารถใช้เป็น "ส่วนเสริมซิลิคอน" เพื่อปรับปริมาณซิลิคอนของวัสดุรีไซเคิล รักษาเสถียรภาพของประสิทธิภาพของโลหะผสม และสอดคล้องกับแนวโน้มของการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
โลหะซิลิกอนในฐานะ "ตัวควบคุมประสิทธิภาพ" สำหรับการผลิตโลหะผสมอลูมิเนียม ทำให้โลหะผสมอลูมิเนียมมีคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพที่หลากหลาย โดยการควบคุมปริมาณซิลิคอนและโครงสร้างจุลภาคอย่างแม่นยำ ซึ่งสนับสนุนการพัฒนาอุตสาหกรรมหลักตั้งแต่การผลิตรถยนต์ไปจนถึงการบินและอวกาศ ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการถลุง (เช่น กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ซิลิกอนที่ใช้พลังงานต่ำ- และการขยายตัวของสถานการณ์การใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่ คุณค่าของโลหะซิลิกอนในด้านโลหะผสมอลูมิเนียมจะถูกเน้นเพิ่มเติม
