Dalam rantai industri paduan aluminium,logam silikon(juga dikenal sebagaisilikon industri, dengan kemurnian umumnya lebih dari98%) adalah salah satu aditif inti. Sifat kimia dan fisiknya yang unik menjadikannya peran yang tak tergantikan dalam produksi paduan aluminium.
Logam silikon (Si) merupakan unsur semi-logam dengan sifat semikonduktor, dengan titik leleh hingga 1414 derajat dan massa jenis 2,33g/cm³. Dalam produksi paduan aluminium, silikon logam dimasukkan dalam bentuk aditif elemen silikon, dan mengubah perilaku kristalisasi dan struktur mikro paduan dengan membentuk sistem paduan biner Al-Si dengan aluminium (Al).
Penilaian Kemurnian dan Standar Industri
| Nilai Kemurnian | Konten silikon (Si Lebih Besar dari atau sama dengan ) | Total kandungan pengotor (Fe+Al+Ca Kurang dari atau sama dengan ) | Tipe inti | Area Aplikasi |
|---|---|---|---|---|
| Kelas Metalurgi | 98.5%-99.5% | 1.5%-0.5% | 553#,441# | Paduan aluminium, deoksidasi baja, organosilikon |
| Kelas Elektronik | 99,999% (5N) atau lebih | 0,001% atau kurang | 2202#,1101# | Semikonduktor, polisilikon fotovoltaik |
Skenario aplikasi inti logam silikon dalam produksi paduan aluminium
1. Optimalisasi kinerja paduan aluminium cor (paduan Al-Si)
(1) Meningkatkan kemampuan proses pengecoran
Meningkatkan fluiditas:Dalam paduan pengecoran Al-Si (seperti A356, ADC12, dll.), kandungan silikon biasanya 7%-12%. Penambahan silikon dapat menurunkan suhu leleh paduan, meningkatkan fluiditas lelehan, mempermudah pengisian cetakan yang rumit, dan mengurangi cacat pengecoran (seperti penutupan dingin dan penuangan yang tidak mencukupi).
Mengurangi kecenderungan keretakan termal:Silikon dapat mengurangi koefisien muai panas paduan (misalnya, koefisien muai panas paduan Al-12Si adalah sekitar 20×10⁻⁶/ derajat, yang lebih rendah dari 23×10⁻⁶/ derajat aluminium murni), mengurangi tegangan susut selama proses pendinginan pengecoran, dan mengurangi risiko retak termal.
(2) Memperkuat sifat mekanik
Penyempurnaan biji-bijian:Silikon sebagai partikel fase kedua didistribusikan secara merata dalam matriks aluminium, yang dapat menghambat pertumbuhan butiran, membentuk struktur kristal ekuivalen halus, dan meningkatkan kekuatan dan ketangguhan paduan. Misalnya, paduan Al-7Si-0,3Mg (paduan pengecoran yang umum digunakan di ruang angkasa) dapat mencapai kekuatan tarik lebih dari 270MPa melalui paduan mikro silikon.
Meningkatkan ketahanan aus:Dalam paduan aluminium dengan kandungan silikon tinggi (seperti paduan hipereutektik yang mengandung 18%-22% silikon), partikel silikon primer yang keras dan rapuh (kekerasan sekitar 1000HV) akan mengendap, sehingga meningkatkan ketahanan aus paduan secara signifikan. Ini sering digunakan untuk memproduksi suku cadang tahan aus seperti silinder mesin mobil dan piston.
2. Paduan mikro paduan aluminium terdeformasi (paduan olahan)
Dalam paduan aluminium terdeformasi (seperti paduan aluminium seri 6xxx, seri Al-Mg-Si), logam silikon terutama digunakan sebagai sumber silikon untuk membentuk fase penguatan Mg₂Si dengan magnesium. Misalnya:
Paduan 6061 (Al-1Mg-0.6Si):Silikon bereaksi dengan magnesium membentuk partikel Mg₂Si. Melalui proses penguatan penuaan, kekuatan luluh paduan mencapai 276MPa, yang banyak digunakan pada profil bangunan dan bagian struktur penerbangan.
Paduan 6082 (Al-1Si-0,8Mg):Ini memiliki kandungan silikon yang tinggi dan cocok untuk pencetakan ekstrusi. Ini sering digunakan untuk memproduksi badan gerbong angkutan kereta api, rangka industri, dll.
3. Regulasi khusus paduan aluminium kinerja khusus
Paduan aluminium ekspansi rendah:Dengan menambahkan logam silikon dalam jumlah besar (seperti paduan Al-Si yang mengandung 50%-70% silikon), koefisien ekspansi termal dapat dikurangi hingga di bawah 5×10⁻⁶/ derajat , yang digunakan di bidang dengan persyaratan stabilitas termal yang tinggi seperti substrat kemasan elektronik dan komponen instrumen optik.
Paduan aluminium konduktivitas termal yang tinggi:Meskipun konduktivitas termal silikon (148W/m・K) lebih rendah dibandingkan aluminium (205W/m・K), distribusi partikel silikon yang seragam dalam paduan Al-Si dapat membentuk jaringan termal, meningkatkan konduktivitas termal paduan secara keseluruhan, dan cocok untuk radiator stasiun pangkalan 5G, unit pendingin CPU, dan skenario lainnya.
Tren aplikasi dan dampak industri silikon logam
Dengan pesatnya perkembangan bidang energi baru, ringan dan lainnya, penerapan silikon logam dalam paduan aluminium menunjukkan tren berikut:
Bidang kendaraan energi baru:Rumah baterai, penutup ujung motor, dan komponen lainnya menggunakan sejumlah besar paduan aluminium silikon tinggi (seperti Al-12Si), menggunakan ketahanan aus dan karakteristik pembuangan panas yang baik untuk memenuhi persyaratan keandalan dan efisiensi energi kendaraan energi baru.
Ringan luar angkasa:Paduan aluminium-densitas rendah,-kekuatan tinggi (seperti Al-8Si-3Cu-2Li) yang dikembangkan melalui paduan mikro silikon logam dapat digunakan untuk memproduksi kulit pesawat terbang, rusuk sayap, dan bagian struktural lainnya untuk mengurangi berat pesawat.
Promosi ekonomi sirkular:Dalam industri aluminium daur ulang, silikon logam dapat digunakan sebagai "suplemen silikon" untuk menyesuaikan kandungan silikon bahan daur ulang, menjaga stabilitas kinerja paduan, dan menyesuaikan dengan tren manufaktur ramah lingkungan.
Sebagai "pengatur kinerja" untuk produksi paduan aluminium, logam silikon memberikan paduan aluminium berbagai sifat mekanik dan fisik dengan mengontrol kandungan silikon dan struktur mikro secara tepat, mendukung pengembangan industri utama mulai dari manufaktur mobil hingga ruang angkasa. Dengan kemajuan teknologi peleburan (seperti proses pemurnian silikon berenergi rendah) dan perluasan skenario aplikasi yang muncul, nilai silikon logam di bidang paduan aluminium akan semakin disorot.
