لماذا تحتاج مصانع الألمنيوم إلى معدن السيليكون؟

معدن السيليكون (السيليكون الصناعي)هو مادة مضافة أساسية في إنتاج سبائك الألومنيوم. مكونها الأساسي هو Si أكبر من أو يساوي 98% (الدرجات السائدة مثل441#و3303#)، مع محتوى شوائب يتم التحكم فيه بشكل صارم (Fe أقل من أو يساوي 0.4%، Al أقل من أو يساوي 0.4%، وما إلى ذلك). توافقه مع الألومنيوم ينبع من خاصيتين رئيسيتين:

 يمكن أن يشكل السيليكون والألمنيوم حلاً صلبًا لا نهائيًا. عند درجة حرارة سهلة الانصهار تبلغ 577 درجة، يصل الحد الأقصى لقابلية ذوبان السيليكون في الألومنيوم إلى 1.65%، مما يوفر مساحة واسعة للتحكم في الأداء.

 يمكن أن تؤدي إضافة السيليكون إلى خفض نقطة انصهار سبائك الألومنيوم (ينصهر الألومنيوم النقي عند 660 درجة، بينما تذوب سبائك الألومنيوم التي تحتوي على 12% من السيليكون عند 577 درجة)، مع تحسين سيولة الذوبان في الوقت نفسه وحل تحديات تشكيل مواد الألومنيوم المعقدة.

(1) تحسين الأداء: بناء "الهيكل الميكانيكي" للألمنيوم

يعزز معدن السيليكون بشكل كبير الخواص الميكانيكية الأساسية لسبائك الألومنيوم من خلال آلية مزدوجة لتقوية المحلول الصلب وتقوية الترسيب:

تعزيز الحل الصلب:

تندمج ذرات السيليكون في شبكة مصفوفة الألومنيوم، مما يؤدي إلى تشويه الشبكة، وإعاقة حركة التفكك، وفي الوقت نفسه تحسين صلابة وقوة الشد لسبائك الألومنيوم.

تعزيز الهطول:

في سبائك Al-Mg-Si، يشكل السيليكون والمغنيسيوم مرحلة تقوية Mg₂Si ('' المرحلة) بنسبة ذرية تبلغ 1.73:1. بعد معالجة الشيخوخة T6، تترسب المرحلة '' بشكل موحد، مما يزيد من قوة إنتاج السبيكة من 100 ميجا باسكال إلى أكثر من 300 ميجا باسكال.

التحسين التآزري:

يمكن للسيليكون، مع عناصر مثل المنغنيز والتيتانيوم، أن يشكل مرحلة مشتتة من AlFeMn (حجم 0.5-2μm)، مما يمنع نمو الحبوب ويزيد من صلابة تأثير سبائك الألومنيوم بنسبة 20٪ -30٪، وتجنب خطر الكسر الهش.

(2) تحسين التصنيع: تقليل "صعوبة التشكيل" في الإنتاج

السيليكون المعدني هو المفتاح لحل نقاط الألم في تصنيع سبائك الألومنيوم، وهو مناسب بشكل خاص لإنتاج التشكيلات والمسبوكات المعقدة:

تحسين سيولة الصب:

يمكن للسيليكون أن يقلل من لزوجة سبائك الألومنيوم المصهورة بنسبة 30%-40%، مما يعزز بشكل كبير قدرة التعبئة، مما يجعله مناسبًا للأجزاء الهيكلية المعقدة مثل قوالب صب السيارات المتكاملة ومكونات الفضاء الجوي.

تقليل ميل التكسير الساخن:

يمكن للسيليكون تحسين هيكل التصلب لسبائك الألومنيوم، وتضييق نطاق درجة حرارة التصلب، والسماح بإطلاق الضغط بشكل موحد أثناء تبريد الصب، مما يقلل من حدوث عيوب التكسير الساخن بأكثر من 60٪؛

أداء المعالجة الأمثل:

سبائك الألومنيوم المصبوبة التي تحتوي على 5%-13% سيليكون أقل عرضة لالتصاق الأدوات أثناء القطع، مما يزيد من كفاءة المعالجة بنسبة 25%-30% ويقلل من تآكل الأدوات بنسبة 40%، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لإنتاج الأجزاء الآلية.

(3) تعزيز المتانة: منح الألومنيوم "درعًا مقاومًا للتآكل والتآكل"

يمكن لمعدن السيليكون تحسين الاستقرار الكيميائي ومقاومة التآكل لسبائك الألومنيوم، مما يطيل عمر الخدمة:

تعزيز المقاومة للتآكل:

يمكن أن يشكل السيليكون طبقة أكسيد كثيفة (SiO₂-Al₂O₃ فيلم مركب) على سطح الألومنيوم، مما يعيق التفاعل بين الأكسجين والمصفوفة الداخلية، ويقلل معدل تآكل سبائك الألومنيوم في البيئات الرطبة والحمضية والقلوية بنسبة 50%-70%، مما يجعله مناسبًا للهندسة البحرية ومواد البناء الخارجية وسيناريوهات أخرى؛

تحسين مقاومة التآكل:

تتميز جزيئات السيليكون الموجودة في سبائك الألومنيوم بصلابة عالية (صلابة موهس 7.0)، والتي يمكن أن تشكل بنية "تشتت الجسيمات الصلبة"، مما يقلل من التآكل الاحتكاكي. مع محتوى السيليكون بنسبة 3%، تعرض سبيكة الألومنيوم معامل احتكاك منخفض يصل إلى 0.052 وكمية تآكل تبلغ 64.8 ملجم فقط، مما يدل على مقاومة التآكل المثالية.

تحسين الاستقرار الحراري:

تحتفظ سبائك الألومنيوم الفضائية AA7075 التي تحتوي على 0.1-0.2% من السيليكون بنسبة 85-90% من قوتها بعد 1000 ساعة من التعرض عند 150 درجة، مع انخفاض كبير في قابلية تآكل حدود الحبوب.

(4) قابلة للتكيف مع سيناريوهات متعددة: دعم "التطبيق -عبر الحدود" لمواد الألومنيوم

يمكن التحكم بدقة في تركيبة السيليكون المعدني، مما يمكّن سبائك الألومنيوم من التكيف مع احتياجات الصناعات المختلفة، وهو الدعم الأساسي لمصانع الألمنيوم لتوسيع أسواقها:

الفضاء الجوي:

باستخدام 3303# معدن السيليكون عالي النقاء (Si أكبر من أو يساوي 99.3%، Fe أقل من أو يساوي 0.3%)، والتحكم في محتوى السيليكون في سبائك الألومنيوم إلى 0.10-0.20%، والتنسيق مع التحكم في نسبة Fe/Si (1.5-2.0)، يمكن زيادة عمر الكلال لمواد الألومنيوم من 2.1×10⁶ دورات إلى دورات 3.7×10⁶، تلبي المتطلبات الصارمة لأجنحة الطائرات وخزانات الوقود الصاروخي؛

صناعة السيارات:

استخدام السيليكون المعدني 441#، والتحكم في محتوى السيليكون في سبائك الألومنيوم إلى 6-10%، وإنتاج أجزاء مصبوبة مدمجة خالية من الحرارة-، وضمان قوة شد أكبر من أو تساوي 300 ميجا باسكال، وتقليل تكاليف الإنتاج، ومناسبة لهياكل مركبات الطاقة الجديدة، ومحاور العجلات، والمكونات الأخرى؛

البناء والإلكترونيات:

استخدام مواد البناء الألومنيوم العادية553# معدن السيليكون(Si أكبر من أو يساوي 98%)، مع محتوى سيليكون يتراوح بين 0.5-1.5%، يوازن القوة وقابلية المعالجة؛ تتحكم سبائك الألومنيوم المستخدمة في أغلفة الأجهزة الإلكترونية في محتوى السيليكون إلى أقل من أو يساوي 0.2% لضمان تشطيب السطح والتوصيل.

(1) التحكم الدقيق في كمية الإضافة

 سبائك الألومنيوم المصبوبة:محتوى السيليكون عادة ما يكون 5%-13%؛ سبائك الألومنيوم المعاد تدويرها، بسبب محتوى السيليكون في نفايات الألومنيوم، يمكن تقليل إضافتها إلى 5-7٪؛
 سبائك الألومنيوم المطاوع:يكون محتوى السيليكون في الغالب أقل من 0.5%، ويتم إضافته بشكل غير مباشر من خلال سبائك الألومنيوم-الوسيطة للسيليكون؛
 تجنب الإضافة المفرطة:عندما يتجاوز محتوى السيليكون 13%، فإن استطالة سبائك الألومنيوم ستنخفض بشكل ملحوظ (أقل من أو يساوي 5%)، وسوف تتدهور المتانة، وستكون عرضة للهشاشة.

(2) عملية الصهر والتنقية

 درجة حرارة الصهر:يتم التحكم فيه عند درجة حرارة 720-780 لضمان الذوبان الكامل لمعدن السيليكون وتجنب عيوب الأداء الناجمة عن الجزيئات غير الذائبة؛

 معالجة التنقية:يتم استخدام -ترشيح سيراميك ثلاثي المراحل (30→50→70ppi) + التحريك الكهرومغناطيسي (قوة المجال المغناطيسي 0.15T) لإزالة شوائب السيليكون، مما يقلل حجم التضمين من 15 ميكرومتر إلى أقل من 3 ميكرومتر؛

 علاج متجانس:يتم استخدام -عملية تسخين على مرحلتين (300 درجة /4 ساعات + 450 درجة /12 ساعة) لضمان التوزيع الموحد للسيليكون وتقليل تقلبات الأداء.