Silikonový kov je základní surovinou pro hliníkové slitiny, silikony a polovodičový křemík a je také legujícím prvkem sám o sobě. Jako přísada řízené legování křemík zpevňuje a stabilizuje kovy, zlepšuje chování při odlévání, dodává odolnost proti korozi a mění magnetickou a tepelnou odezvu. To je důvod, proč se křemíkový kov a ferosilikon objevují ve specifikacích pro hliníkové lité součásti, výrobu oceli, jádra transformátorů a hardware ze slitin mědi.
Silikonový kov jako legující prvek
Křemík se snadno rozpouští v systémech na bázi hliníku, železa, mědi a niklu. U hliníku snižuje rozsah tavení a zlepšuje tekutost, což umožňuje plnění tenkých a složitých odlitků. V oceli a litině působí jako dezoxidátor a ztužovač pevného roztoku, zvyšuje tvrdost a elektrický odpor. V mědi tvoří tvrdé intermetalické fáze, které zvyšují pevnost při zachování vynikající odolnosti proti korozi. V každém případě závisí přínos na úrovni přídavku, takže stupeň a dávka se nastavují z cílové vlastnosti spíše než přidávají bez rozdílu.
Hliníkové-slitiny křemíku pro lehké odlitky
Hliníkový-křemíkový systém je páteří hliníkového odlitku. A356, slitina AlSi7Mg s 6,5 až 7,5 % Si, se používá pro gravitační litá kola a konstrukční díly. AlSi10Mg, s 9,0 až 11,0 % Si, slouží k tlakovému lití a výrobě kovových přísad. ADC12 s 9,6 až 12,0 % Si je tahounem pro velkoobjemová tlakově litá pouzdra a kryty. Křemík zlepšuje slévatelnost, potlačuje trhání za tepla, snižuje poréznost smršťování a zvyšuje odolnost proti opotřebení, zatímco nízká hustota základního kovu, asi 2,7 g/cm3, udržuje součásti lehké. Tyto slitiny jsou proto standardem pro automobilové díly motorů a převodovek, letecké držáky a elektronické skříně.
Křemík ve výrobě oceli a elektrooceli
Při výrobě oceli je klasickým křemíkovým nosičem ferosilikon, přičemž FeSi75 s asi 75 % Si se široce používá pro dezoxidaci a legování. Křemík odstraňuje rozpuštěný kyslík, zlepšuje tekutost taveniny a přispívá k tvrdosti a odolnosti proti popouštění u pružinových a nástrojových ocelí. V elektrotechnické oceli obsah křemíku mezi zhruba 0,5 a 3,5 % zvyšuje elektrický odpor a tím snižuje ztráty vířivými proudy v jádrech motoru a generátoru. Typy transformátorů s orientací na zrnit{7}} mají obvykle kolem 3 % Si s řízenou orientací zrna, aby se dosáhlo nízké ztráty jádra ve směru válcování. Nad touto úrovní se pás stává křehkým a těžko se odvaluje, takže obsah křemíku je vždy vyvážený magnetickým výkonem a vyrobitelností.
Aplikace silikonového bronzu a slitin mědi
Křemíkový bronz je rodina slitin mědi, ve které křemík, obvykle s malým přídavkem manganu, poskytuje pevnost a vynikající odolnost proti korozi. C65500, také známý jako CuSi3Mn1, obsahuje zhruba 2,8 až 3,8 % Si a 0,5 až 1,3 % Mn a je standardní volbou pro námořní hardware, vřetena ventilů, části čerpadla a oběžného kola a elektrické konektory. Slitina tvoří ochranný povrchový film, který odolává sladké i slané vodě, dobře se obrábí a pracuje za studena. Křemík se také používá jako modifikační přísada v hliníkových bronzech a speciálních mosazích, kde zjemňuje strukturu a zlepšuje chování při opotřebení.
Úvahy o jakosti, čistotě a uspořádání
| Stupeň | Fe max | Al max | Cca max | Typická aplikace |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 % | 0.5 % | 0.3 % | Obecné legování a dezoxidace hliníku |
| 441 | 0.4 % | 0.4 % | 0.1 % | Slitiny hliníku a chemické použití |
| 3303 | 0.3 % | 0.3 % | 0.03 % | Elektrická ocel a hliník vyšší třídy |
| 2202 | 0.2 % | 0.2 % | 0.02 % | Vysoká čistota a elektronické aplikace |
Stupeň:číselná zkratka kóduje maximální hladiny železa, hliníku a vápníku, takže 553 a 2202 se liší hlavně v kontrole stopových prvků spíše než v obsahu křemíku.
Velikost hrudky:běžná velikost je 10 až 100 mm pro vsázku do pece, s jemnějšími drcenými velikostmi pro ořezávání pánví a prášek pro speciální procesy.
Obal:Jumbo pytle nebo ocelové sudy, suché a uzavřené, protože nasávání vlhkosti ovlivňuje kvalitu taveniny a manipulaci.
Dokumentace:chemická analýza na šarži a pro elektrický nebo elektronický konec používá přísnější zprávu o stopových prvcích.
Lehká pevnost u hliníkových-křemíkových odlitků bez ztráty slévatelnosti.
Dezoxidace a legování oceli, zvedací tvrdost a vysoká-teplotní stabilita.
Nižší ztráty jádra v elektrooceli díky zvýšenému odporu.
Odolnost proti korozi a obrobitelnost v silikonovém bronzu pro námořní a elektrické provozy.
Předvídatelné náklady, protože jakosti křemíkového kovu se obchodují spíše na zveřejněných specifikacích než na proprietárních složeních.
Často kladené otázky
Otázka: Jak se křemíkový kov používá v aplikacích pokročilých slitin?
Odpověď: Je to zdroj křemíku pro hliníkové-slitiny na odlévání křemíku, pro ferosilicia používané při výrobě oceli, pro elektrotechnickou ocel s řízeným odporem a pro křemíkový bronz a další slitiny mědi. V každém případě mění pevnost, slévatelnost, odolnost proti korozi nebo magnetické ztráty.
Otázka: Jakou výhodu poskytuje křemík v hliníkových odlitcích?
Odpověď: Křemík zlepšuje tekutost a slévatelnost, snižuje poréznost roztržení a smršťování, zvyšuje odolnost proti opotřebení a pomáhá udržovat nízkou hmotnost. Tato kombinace vyhovuje automobilovým, leteckým a elektronickým krytům.
Otázka: Proč se do elektrooceli přidává křemík?
Odpověď: Křemík zvyšuje elektrický odpor, což snižuje ztráty vířivými proudy v magnetických jádrech. Na tento efekt spoléhají transformátory s orientací na zrnitost{1}}, přičemž křemík je obvykle kolem 3 % a orientace zrna je přísně kontrolována.
Otázka: K čemu se používá silikonový bronz?
Odpověď: Silikonový bronz, jako je C65500, se používá pro námořní hardware, součásti ventilů a čerpadel, spojovací prvky a elektrické konektory, protože kombinuje užitečnou pevnost se silnou odolností vůči korozi sladkou a slanou vodou.
Otázka: Co znamenají známky 553, 441, 3303 a 2202?
A: Číslice vyjadřují maximální obsah železa, hliníku a vápníku v pořadí. Nižší čísla znamenají přísnější kontrolu stopových prvků, což je důležité pro použití v elektrických, elektronických a vysoce specifikovaných slitinách.
Otázka: Může křemíkový kov nahradit ferosilikon pro dezoxidaci oceli?
Odpověď: Kovový křemík lze použít, ale ferrosilicium je obvykle ekonomičtější a snáze se rozpouští pro běžnou deoxidaci. Silikonový kov má tendenci být vybírán tam, kde musí být omezen příjem železa nebo je vyžadována specifická zbytková chemie.