Nella filiera delle leghe di alluminio,metallo silicio(noto anche comesilicio industriale, con una purezza generalmente superiore a98%) è uno degli additivi principali. Le sue proprietà chimiche e fisiche uniche gli conferiscono un ruolo insostituibile nella produzione delle leghe di alluminio.
Il silicio metallico (Si) è un elemento semi-metallico con proprietà semiconduttrici, con un punto di fusione fino a 1414 gradi e una densità di 2,33 g/cm³. Nella produzione di leghe di alluminio, il silicio metallico viene introdotto sotto forma di additivi di elementi di silicio e modifica il comportamento di cristallizzazione e la microstruttura della lega formando un sistema di lega binaria Al-Si con l'alluminio (Al).
Classificazione della purezza e standard di settore
| Gradi di purezza | Contenuto di silicio (Si maggiore o uguale a) | Contenuto totale di impurità (Fe+Al+Ca inferiore o uguale a) | Tipo di nucleo | Aree di applicazione |
|---|---|---|---|---|
| Grado metallurgico | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | Leghe di alluminio, disossidazione dell'acciaio, organosilicio |
| Grado elettronico | 99,999% (5N) o più | 0,001% o meno | 2202#,1101# | Semiconduttori, polisilicio fotovoltaico |
Scenari applicativi principali del silicio metallico nella produzione di leghe di alluminio
1. Ottimizzazione delle prestazioni delle leghe di alluminio pressofuso (leghe Al-Si)
(1) Miglioramento della lavorabilità della fusione
Migliorare la fluidità:Nelle leghe da fusione Al-Si (come A356, ADC12 e così via), il contenuto di silicio è solitamente pari al 7%-12%. L'aggiunta di silicio può ridurre la temperatura di fusione della lega, migliorare la fluidità della fusione, facilitare il riempimento di stampi complessi e ridurre i difetti di fusione (come chiusura a freddo e colata insufficiente).
Ridurre la tendenza al cracking termico:Il silicio può ridurre il coefficiente di dilatazione termica della lega (ad esempio, il coefficiente di dilatazione termica della lega Al-12Si è di circa 20×10⁻⁶/grado, che è inferiore a 23×10⁻⁶/grado dell'alluminio puro), ridurre lo stress da contrazione durante il processo di raffreddamento della fusione e ridurre il rischio di fessurazione termica.
(2) Rafforzamento delle proprietà meccaniche
Affinamento del grano:Il silicio come particella di seconda fase è distribuito uniformemente nella matrice di alluminio, il che può ostacolare la crescita dei grani, formare una struttura cristallina fine equiassica e migliorare la resistenza e la tenacità della lega. Ad esempio, la lega Al-7Si-0,3Mg (una lega per colata comunemente utilizzata nel settore aerospaziale) può raggiungere una resistenza alla trazione superiore a 270 MPa attraverso la microlega di silicio.
Migliorare la resistenza all'usura:Nelle leghe di alluminio con un elevato contenuto di silicio (come le leghe ipereutettiche contenenti il 18%-22% di silicio), le particelle di silicio primario dure e fragili (durezza di circa 1000 HV) precipiteranno, migliorando significativamente la resistenza all'usura della lega. Viene spesso utilizzato per produrre parti resistenti all'usura come cilindri e pistoni di motori di automobili.
2. Microalligazioni di leghe di alluminio deformate (leghe lavorate)
Nelle leghe di alluminio deformate (come le leghe di alluminio della serie 6xxx, serie Al-Mg-Si), il silicio metallico viene utilizzato principalmente come fonte di silicio per formare la fase di rinforzo Mg₂Si con il magnesio. Per esempio:
Lega 6061 (Al-1Mg-0,6Si):Il silicio reagisce con il magnesio per formare particelle di Mg₂Si. Attraverso il processo di rafforzamento dell'invecchiamento, il limite di snervamento della lega raggiunge 276 MPa, che è ampiamente utilizzato nei profili di costruzione e nelle parti strutturali dell'aviazione.
Lega 6082 (Al-1Si-0,8Mg):Ha un alto contenuto di silicio ed è adatto allo stampaggio per estrusione. Viene spesso utilizzato per produrre carrozzerie di vagoni ferroviari, telai industriali, ecc.
3. Regolazione personalizzata delle leghe di alluminio con prestazioni speciali
Lega di alluminio a bassa espansione:Aggiungendo un'elevata percentuale di silicio metallico (come le leghe Al-Si contenenti il 50%-70% di silicio), il coefficiente di espansione termica può essere ridotto al di sotto di 5×10⁻⁶/grado, che viene utilizzato in campi con elevati requisiti di stabilità termica come substrati di imballaggi elettronici e componenti di strumenti ottici.
Lega di alluminio ad alta conducibilità termica:Sebbene la conduttività termica del silicio (148 W/m・K) sia inferiore a quella dell'alluminio (205 W/m・K), la distribuzione uniforme delle particelle di silicio nella lega Al-Si può formare una rete termica, migliorare la conduttività termica complessiva della lega ed è adatta per radiatori di stazioni base 5G, dissipatori di calore della CPU e altri scenari.
Tendenza applicativa e impatto sul settore del silicio metallico
Con il rapido sviluppo di nuovi settori dell'energia, della leggerezza e di altro tipo, l'applicazione del silicio metallico nelle leghe di alluminio mostra le seguenti tendenze:
Settore dei veicoli a nuova energia:L'alloggiamento della batteria, il coperchio dell'estremità del motore e altri componenti utilizzano un gran numero di leghe di alluminio ad alto contenuto di silicio (come Al-12Si), sfruttando la sua resistenza all'usura e le buone caratteristiche di dissipazione del calore per soddisfare i requisiti di affidabilità ed efficienza energetica dei veicoli a nuova energia.
Leggero aerospaziale:Le leghe di alluminio a bassa-densità e ad alta-resistenza (come Al-8Si-3Cu-2Li) sviluppate mediante microleghe di metallo e silicio possono essere utilizzate per produrre rivestimenti di aerei, centine di ali e altre parti strutturali per ridurre il peso degli aerei.
Promozione dell’economia circolare:Nell'industria dell'alluminio riciclato, il silicio metallico può essere utilizzato come "supplemento di silicio" per regolare il contenuto di silicio dei materiali riciclati, mantenere la stabilità delle prestazioni della lega e conformarsi alla tendenza della produzione ecologica.
Come "regolatore delle prestazioni" per la produzione di leghe di alluminio, il silicio metallico conferisce alle leghe di alluminio una varietà di proprietà meccaniche e fisiche controllando con precisione il contenuto di silicio e la microstruttura, supportando lo sviluppo di industrie chiave dalla produzione automobilistica all'aerospaziale. Con il progresso della tecnologia di fusione (come il processo di purificazione del silicio a basso- consumo energetico) e l'espansione degli scenari applicativi emergenti, il valore del silicio metallico nel campo delle leghe di alluminio sarà ulteriormente evidenziato.
