Kísil málmurí álframleiðslu: Hvers vegna Si er aðalblendiefnið

Kísilmálmur - einnig kallaðuriðnaðar sílikoneðamálmvinnslu-kísill- er mikilvægasta viðbótin við áli. Með því að mynda harða millimálmfasa og lækka bræðslumark ál-kísilsúðunarefnisins umbreytir það mjúku, tæringarhættu-hreinu áli í steypanlegar,-hástyrktar málmblöndur sem notaðar eru í bifreiðaaflrásum, byggingaframleiðendum og geimbyggingum um allan heim.

Alþjóðlegur áliðnaður eyðir nokkrum milljónum tonna afsílikon málmurárlega og meirihluti þessarar eftirspurnar kemur frá einni notkun: málmblöndur. Ólíkt stáli, þar sem málmblöndur eru fjölmargir og oft skiptanlegir, treystir ál á kísill sem aðalblendifélaga sinn. Ástæðurnar eru bæði málmvinnslur og efnahagslegar. Kísill er mikið, -hagkvæmt og - mikilvægast - gefur það einstaka samsetningu steypingar, vélræns styrks, tæringarþols og hitastöðugleika sem enginn annar þáttur getur endurtekið með sambærilegum kostnaði. Þessi grein skoðar málmvinnsluaðferðirnar á bak við hlutverk kísils, sérstakar málmblöndur sem eru háðar því og iðnaðarvenjur sem stjórnasílikon málmurúrval til álframleiðslu.

 

 

Málmvinnslukerfi: Hvernig kísill umbreytir áli

Ál-kísil tvöfalda kerfið er með því mest rannsakaða í málmvinnslu og ekki að ástæðulausu. Hreint ál er mjúkt, veikt og hefur lélega slitþol. Kísill, þegar það er leyst upp eða dreift innan álfylkisins, breytir þessum eiginleikum í grundvallaratriðum með nokkrum mismunandi aðferðum.

Eutectic myndun og vökvaaukning

Ál-kísillsvefið er um það bil 12,6% kísil miðað við þyngd og bráðnar við u.þ.b. 577 gráður á Celsíus - verulega lægra en bræðslumark hreins áls sem er 660 gráður á Celsíus. Þegar sílikoni er bætt við ál á bilinu 5–12% sýnir málmblönduna sem myndast verulega bætta vökvavirkni við steypu. Tilvist lágbræðslufasa- gerir bráðnum málmi kleift að flæða inn í þunna-veggða móthluta og flókna rúmfræði sem væri ómögulegt með óblanduðu áli. Þessi eiginleiki gerir kísilburðarblöndur-ómissandi fyrir háþrýstisteypu- á vélkubbum, gírkassa og burðarfestingum í bílageiranum.

Styrking í gegnum millimálmáföng

Kísill myndar ekki samfellda fasta lausn með áli yfir allt samsetningarsviðið. Þess í stað falla frumkísilagnir eða eutectic sílikon lamellae út við storknun. Þessir hörðu, brothættu kísilfasar virka sem styrkjandi efnisþættir í mýkri álfylki, auka togstyrk, hörku og slitþol. Stærð, formgerð og dreifingu þessara kísilagna er stjórnað með steypubreytum, bræðslumeðferð með natríum- eða strontíumbreytiefnum og síðari hitameðferð. Fínn, trefjakenndur eutectic sílikon - sem fæst með breytingu - gefur betri vélrænni eiginleika samanborið við grófa, plötu-eins og óbreytta byggingar.

Hitastækkun og víddarstöðugleiki

Annar kostur sem oft-sést fram hjá kísil í álblöndur er lækkun á varmaþenslustuðli. Bíla stimplar og strokkahausar starfa við mikla hitauppstreymi og of mikil þensla getur leitt til taps á úthreinsun, slits og ótímabæra bilunar. Kísil-berandi álblöndur sýna minni varmaþenslu en hreint ál, sem bætir víddarstöðugleika og gerir rýmri hönnunarvikmörk í háum-hitanotkun.

Tæringarþol í sjávar- og andrúmslofti

Þó að kísill sjálfur sé ekki sérlega tæringarþolinn- í súru umhverfi, getur nærvera þess í álblöndur bætt heildartæringarafköst við hlutlausar og mildar basískar aðstæður. Kísil-ríkar yfirborðsfilmur sem myndast við náttúrulega oxun geta virkað sem hindranir fyrir frekari árás andrúmsloftsins. Í sjávar- og strandbyggingum bjóða 6xxx röð málmblöndur - sem sameina kísill og magnesíum - frábæra viðnám gegn saltúða og andrúmslofts tæringu, sem gerir þær að vali efninu fyrir gluggaramma, fortjaldveggi og burðarvirki í árásargjarnt umhverfi.

Fjölskyldur úr áli og kísilinnihald

Aluminum Association tilnefningarkerfi flokkar unnu og steyptu málmblöndur í fjölskyldur á grundvelli aðal málmblöndur þeirra. Kísill er áberandi í 4xxx og 6xxx unnu röðunum, sem og í fjölmörgum merkingum úr steyptu álfelgur.

4xxx röðin: Kísill sem eini aðalblendiefnið

Í unnu 4xxx málmblöndur er kísill ríkjandi málmblöndur. Alloy 4043, sem inniheldur um það bil 5% sílikon, er mest notaði álsuðufyllivírinn. Kísilinnihaldið tryggir framúrskarandi vökva við suðu, dregur úr næmi fyrir heitsprungum og framleiðir sléttar, fagurfræðilega ánægjulegar suðuperlur. Hærri-kísilblendi eins og 4343 og 4045, með 7–13% kísil, eru notaðar sem lóðaplötur og klætt efni í varmaskipta, þar sem lág-bráðnandi kísil-ríkt yfirborðslagið gerir ofn lóðun án viðbótar fyllimálms.

6xxx röðin: Magnesíum-Herðing úr kísilúrkomu

6xxx röðin táknar stærsta tonnamagn af pressuðu álvörum á heimsvísu. Málblöndur eins og 6061, 6063 og 6082 sameina sílikon og magnesíum í hlutföllum sem mynda metstöðugleika Mg2Si (magnesíumkísilíðs) botnfallsins við gerviöldrun. Þessi úrkomu-herðingarbúnaður skilar afköstum á bilinu 240–310 MPa - sem er fullnægjandi fyrir burðarvirki - á sama tíma og viðheldur framúrskarandi útdrægni, tæringarþoli og suðuhæfni. Kísilinnihaldinu í 6xxx málmblöndur er vísvitandi haldið undir ál-kísilsamsetningunni, sem tryggir einfasa storknun og forðast myndun grófra aðalkísilagna sem myndu rýra yfirborðsáferð og rafskautssvörun.

Steypa málmblöndur: Frá Eutectic til Hypereutectic

Ál-kísilsteypublöndur spanna allt samsetningasviðið frá blóð--eutectískum til hypereutectic. Mikið notaða A356 álfelgur, með 7% sílikoni og 0,35% magnesíum, býður upp á frábært jafnvægi á steypu, styrk og sveigjanleika eftir T6 hitameðferð. Að öðru leyti innihalda ofsjávarblöndur eins og 390.0 16–18% sílikon og eru verðlaunaðar fyrir einstaka slitþol í stimplum og þjöppuhúsum í bifreiðum. Í þessum málmblöndur eru frumkísilagnir - sem kristallast fyrir eutectic hvarfið - vísvitandi hreinsaðar með fosfórviðbótum til að ná kornastærðum undir 50 míkrómetrum, sem tryggir vinnsluhæfni og ásættanlega seigju.

Iðnaðarstarf: ValKísil málmurEinkunnir fyrir álblöndu

Ekki allirsílikon málmurjafngildir fyrir álblöndur. Val á einkunn fer eftir samsetningu álfelgunnar, bræðsluaðferðinni og endanlegum umsóknarkröfum.

Algengar einkunnir: 553, 441 og 3303

Kínverskir og alþjóðlegir framleiðendur flokka kísilmálm með fjögurra-stafa kóða sem táknar hámarks leyfilegt innihald járns og áls í þúsundahlutum. Gráða 553 leyfir til dæmis allt að 0,5% járn og 0,5% ál. Gráða 441 leyfir 0,4% járn og 0,4% ál. Gráða 3303 leyfir 0,3% járn, 0,3% ál og 0,03% kalsíum. Fyrir almenna-álblöndu eru 553 og 441 hagkvæmar-og mikið notaðar. Fyrir hágæða notkun eins og fluggeimsteypu og há-hreinleika lóða málmblöndur, má tilgreina 3303 eða 2202 flokka - með enn lægri óhreinindaþak - til að tryggja stöðuga vélræna eiginleika og lágmarka innfellingu.

Bræðsluaðferðir og endurheimt kísils

Kísilmálmur er borinn inn í álbræðslu með nokkrum leiðum. Í stórum frumálverum er kísil bætt beint í bráðið ál í steypuofnum þar sem upplausn og einsleitni á sér stað við stýrt hitastig og hrært. Í afleiddri (endurunnu) álvinnslu er rusl sem inniheldur kísil- blandað saman við aðalmálm og óhreinan kísilblöndu til að ná markmiðssamsetningu. Endurheimtunarhlutfall viðbætts kísils - hlutans sem raunverulega leysist upp og verður eftir í endanlegu málmblöndunni - er venjulega á bilinu 92% til 98%, allt eftir bræðsluhitastigi, oxunaraðstæðum og gjallmyndun.

Óhreinindaeftirlit og afleiðingar þess

Snefilóhreinindi í kísilmálmi geta haft mikil áhrif á eiginleika álblöndunnar. Járn, jafnvel við gildi undir 0,5%, myndar brothætt millimálmsambönd með áli og sílikoni sem draga úr sveigjanleika og brotseigu. Kalsíum, sem er til staðar í sumum kísilflokkum við 0,03–0,10%, virkar sem óviljandi breytir eutectic sílikoni, sem getur hugsanlega truflað stjórnað natríum eða strontíum breytingaraðferðir. Fosfór - sem stundum er til staðar í sílikoni framleitt úr fosfat-ríku hráefni - getur eitrað breytingameðferðir og stuðlað að grófri kísilbyggingu. Af þessum ástæðum tilgreina álsteypustöðvar í auknum mæli ekki aðeins kísilinnihald heldur einnig allt óhreinindaróf kísilmálmkaupa sinna.

Umsóknir í bifreiðum og smíði

Tveir stærstu enda-notkunargeirarnir fyrir kísil-berandi álblöndur - bíla og smíði - sýna breiddina í virkni kísilsins.

Bíla léttur

Bílaframleiðendur standa frammi fyrir stanslausum þrýstingi til að draga úr þyngd ökutækja til að uppfylla reglur um losun og auka drægni rafbíla. Álblöndur bjóða upp á þéttleika sem er um það bil einn-þriðjungur þess eðlis að stáli, og steypublöndur með kísil-hafa tilfært steypujárn og stál í vélkubbum, strokkhausum, gírkassa og fjöðrunaríhlutum. Dæmigerð vélkubbur úr áli inniheldur 7–10% kísil og nútímalegt farartæki getur innihaldið 80–150 kíló af kísil-með álsteypu. Á meðan mynda 6xxx-línurnar burðarvirki burðarrásar -álfrekra farartækja eins og rýmishönnunar-grind og rafhlöðuhylkja fyrir rafbíla.

Byggingarútdrættir og byggingarkerfi

Í byggingargeiranum eru 6xxx röð útpressur ráðandi á markaði fyrir gluggaramma, fortjaldveggkerfi, hurðarkarma og burðargleraugu. Alloy 6063, með um það bil 0,4% sílikoni og 0,7% magnesíum, er vinnuhesturinn í byggingarútpressun vegna einstakrar útpressunar - sem gerir flóknum holum sniðum - kleift og getu þess til að taka við skrautlegum anodized og máluðum áferð. Kísilinnihaldinu er vandlega stjórnað til að tryggja einsleitt yfirborðsútlit eftir efnabjartingu og rafskaut, þar sem kísil-ríkir fasar geta valdið litun eða litabreytingum ef þeir eru til staðar í óhóflegum eða ó{9}}jöfnum styrk.

Sjálfbærni og endurvinnslusjónarmið

Ál er meðal endurvinnanlegasta iðnaðarmálma og kísilblendi-er þar engin undantekning. Endurunnið álrusl - hvort sem það er úr drykkjardósum eftir-neyslu, niðurrifnum framhliðum bygginga eða leifar úr bifreiða tætara - heldur sílikoninnihaldi sínu í gegnum margar endurbræðslulotur. Ólíkt sumum málmblöndurefnum sem oxast eða aðskiljast við endurbræðslu, sýnir kísill mikla varðveislu og fyrirsjáanlega hegðun í aukabræðslu. Þessi hringrás er efnahagslega mikilvæg: til að framleiða ál úr endurunnu rusli þarf um það bil 5% af þeirri orku sem þarf til frumframleiðslu úr báxíti og innbyggð kísilgildi er varðveitt. Hins vegar getur uppsöfnun troðsluþátta eins og járns, kopars og sinks í endurunnum straumum takmarkað hæfi aukaefnis fyrir hágæða kísilblöndur, sem krefst vandlegrar flokkunar rusl og þynningar með aðalmálmi.