Paduan kalsium silikonmerupakan bahan paduan penting, terutama terdiri dari silikon dan kalsium, biasanya dengan kandungan silikon antara 30% dan 60%.
Industri Pembuatan Baja: Deoksidasi Inti, Desulfurisasi, dan Optimasi Kinerja
Paduan silikon kalsium adalah bahan fungsional komposit yang sangat efisien di bidang pembuatan baja, yang memiliki banyak fungsi termasuk deoksidasi, desulfurisasi, dan penghalusan butiran:
Fungsi Deoksidasi:
Sebagai pra-deoksidasi atau deoksidasi akhir, jumlah penambahannya adalah 0,3%-0,8% massa baja. Kalsium (Ca) memiliki afinitas yang sangat kuat terhadap oksigen (energi bebas reaksi ΔG₂₀₀₀K=-604kJ/mol), lebih disukai jika bergabung dengan oksigen dalam baja untuk membentuk CaO. Silikon (Si) secara bersamaan membentuk SiO₂, dan keduanya membentuk inklusi komposit titik leleh-rendah (CaO-SiO₂) dengan kepadatan yang jauh lebih rendah dibandingkan baja (2,6g/cm³ vs 7,8g/cm³). Inklusi ini dengan cepat mengapung ke permukaan dan dihilangkan bersama terak, mengurangi kandungan oksigen dalam baja dari 80-100ppm menjadi 30-50ppm, sehingga mengurangi cacat seperti porositas dan inklusi.
Desulfurisasi:
Kalsium bereaksi dengan belerang membentuk CaS yang stabil (titik leleh 2450 derajat), mencapai laju desulfurisasi 60%-70%, mengurangi kandungan belerang baja cair dari 0,03% menjadi 0,009%-0,012%. Hal ini meningkatkan ketahanan retak panas dan kinerja pemrosesan baja, sehingga cocok untuk produksi baja berkualitas tinggi (seperti baja bantalan dan baja pegas).
Penyempurnaan Butir dan Peningkatan Kinerja:
Kalsium mendorong pembentukan karbonitrida dari unsur-unsur seperti Nb dan Ti dalam baja, menyempurnakan ukuran butir (dari 50μm menjadi 20-30μm). Hal ini meningkatkan kekuatan tarik baja sebesar 15%-20% dan ketangguhan impak sebesar 25%-30%, sekaligus meningkatkan kemampuan las dan ketahanan korosi baja.
Industri Pengecoran: Optimalisasi Kualitas Inokulan dan Pengecoran
Dalam pengecoran besi cor dan paduan non-besi, paduan CaSi adalah inokulan utama dan pengubah kinerja:
Inokulasi Besi Cor:
Dengan menambahkan 0,2%-0,5% massa besi cair, silikon mendorong proses grafitisasi, meningkatkan jumlah inti grafit, dan mengubah morfologi grafit dari serpihan kasar menjadi serpihan halus dan seragam atau bentuk bola, sehingga mencegah pembentukan besi putih. Hal ini dapat meningkatkan ketangguhan impak besi cor kelabu sebesar 20%-30% dan kekuatan tarik besi ulet sebesar 10%-15%, sehingga cocok untuk pengecoran kunci seperti blok mesin otomotif dan alas peralatan mesin.
Pengecoran Paduan Non-besi:
Menambahkan paduan kalsium 0,1%-0,3% silikon-dalam produksi paduan aluminium memungkinkan kalsium menetralkan elemen berbahaya seperti Na dan Li, meningkatkan kecenderungan retak panas, sementara silikon meningkatkan kekuatan paduan. Dalam produksi paduan magnesium, ia dapat memperhalus ukuran butir (dari 100μm menjadi 40-50μm), meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan panas, sehingga cocok untuk komponen paduan ringan yang digunakan di ruang angkasa.
Kontrol Cacat Pengecoran:
Dengan memurnikan besi cair dan meningkatkan fluiditas, rongga penyusutan dan cacat porositas berkurang, meningkatkan hasil pengecoran sebesar 10%-15% dan menurunkan biaya pemrosesan selanjutnya.
Paduan Khusus dan Material Baru: Penyesuaian Komposisi dan Peningkatan Kinerja
Produksi Baja Khusus:
Menambahkan paduan SiCa ke peleburan baja tahan karat akan mengoptimalkan distribusi kromium, menghindari-zona kekurangan kromium, dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi semprotan garam dari 200 jam menjadi lebih dari 350 jam. Dalam produksi paduan tahan panas, kalsium dan silikon secara sinergis membentuk lapisan oksida padat, mengurangi laju oksidasi pada suhu 1000 derajat sebesar 50%, sehingga cocok untuk komponen bersuhu tinggi seperti bilah turbin gas.
Bahan Elektronik:
Paduan kalsium silikon dengan kemurnian tinggi (pengotor total kurang dari atau sama dengan 0,1%) dapat digunakan sebagai bahan mentah untuk persiapan bahan semikonduktor. Silikon polikristalin diproduksi melalui reaksi reduksi, dengan kontrol kandungan kalsium dan silikon yang tepat (Ca Lebih Besar dari atau sama dengan 30%, Si Lebih Besar dari atau sama dengan 60%) untuk mencegah pengotor mempengaruhi sifat listrik wafer silikon, sehingga cocok untuk skenario pembuatan chip.
Di bidang bahan tahan api:
Serbuk paduan Kalsium Silikon dapat digunakan sebagai bahan tambahan pada batu bata tahan api dan bahan cor, meningkatkan stabilitas-suhu tinggi (suhu pengoperasian bisa mencapai di atas 1600 derajat ) dan ketahanan terhadap korosi pada material, sehingga cocok untuk tanur industri dan pelapis peralatan-suhu tinggi.
Industri lainnya: Perlindungan lingkungan dan aplikasi material fungsional
Industri kimia:
Sebagai zat pereduksi atau katalis, digunakan dalam reaksi sintesis organik (seperti pembuatan silan) untuk mempercepat proses reaksi dan meningkatkan hasil produk; juga dapat memproduksi inokulan CaSi, cocok untuk kebutuhan pengecoran coran yang-tahan korosi dan-tahan aus pada peralatan kimia.
Keuntungan lingkungan:
Menggunakan paduan silikon kalsium untuk menggantikan deoxidizer tunggal (seperti aluminium) dalam pembuatan baja dapat mengurangi konsumsi aluminium sebesar 30%-40%, mengurangi konsumsi energi per ton baja sebesar 5%-8%, dan mengurangi emisi CO₂, sejalan dengan tren metalurgi ramah lingkungan; terlebih lagi, harga paduan CaSi hanya 1/3-1/2 dari harga aluminium, sehingga menyeimbangkan efisiensi ekonomi dan keramahan lingkungan.
Keunggulan Aplikasi Inti dan Prinsip Seleksi
Keuntungan Aplikasi:
Komposit fungsional (deoksidasi + desulfurisasi + inokulasi + paduan), menghilangkan kebutuhan akan banyak aditif; penerapan yang luas (pembuatan baja, pengecoran, elektronik, dan bidang lainnya); efektivitas-biaya tinggi, menyeimbangkan kinerja dan ekonomi.
Prinsip Seleksi:
Untuk deoksidasi dan desulfurisasi pembuatan baja, pilih kadar-kalsium tinggi (misalnya, Ca31Si55); untuk melakukan inokulasi, pilih silikon dengan kadar-tinggi (misal, Ca28Si60); untuk material elektronik, pilih-tingkat kemurnian tinggi (total pengotor Kurang dari atau sama dengan 0,1%); sesuaikan jumlah penambahan menurut jenis bahan dan proses peralatan untuk menghindari penambahan berlebihan yang mengakibatkan terbentuknya fasa keras dan getas.
