Το μέταλλο πυρίτιο είναι η βασική πρώτη ύλη για κράματα αλουμινίου, σιλικόνες και πυρίτιο ποιότητας ημιαγωγών, και είναι επίσης ένα στοιχείο κράματος από μόνο του. Ως πρόσθετο ελεγχόμενου κράματος, το πυρίτιο ενισχύει και σταθεροποιεί τα μέταλλα, βελτιώνει τη συμπεριφορά χύτευσης, προσθέτει αντοχή στη διάβρωση και αλλάζει τη μαγνητική και θερμική απόκριση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το μέταλλο πυριτίου και το σιδηροπυρίτιο εμφανίζονται στις προδιαγραφές για εξαρτήματα από χυτό αλουμίνιο, χαλυβουργία, πυρήνες μετασχηματιστών και υλικό από κράμα χαλκού.
Το μέταλλο πυριτίου ως στοιχείο κράματος
Το πυρίτιο διαλύεται εύκολα σε συστήματα με βάση το αλουμίνιο, τον σίδηρο, τον χαλκό και το νικέλιο. Στο αλουμίνιο μειώνει το εύρος τήξης και βελτιώνει τη ρευστότητα, επιτρέποντας την πλήρωση λεπτών και πολύπλοκων χυτών. Στον χάλυβα και το χυτοσίδηρο δρα ως αποοξειδωτικός και ενισχυτικός στερεού διαλύματος, αυξάνοντας τη σκληρότητα και την ηλεκτρική ειδική αντίσταση. Στον χαλκό σχηματίζει σκληρές διαμεταλλικές φάσεις που αυξάνουν την αντοχή ενώ διατηρούν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση. Σε κάθε περίπτωση το όφελος εξαρτάται από το επίπεδο προσθήκης, επομένως ο βαθμός και η δόση ορίζονται από την ιδιότητα στόχο αντί να προστίθενται αδιακρίτως.
Αλουμίνιο-Κράματα πυριτίου για ελαφριά χύτευση
Το σύστημα αλουμινίου-πυριτίου είναι η ραχοκοκαλιά της χύτευσης αλουμινίου. Το A356, ένα κράμα AlSi7Mg με 6,5 έως 7,5% Si, χρησιμοποιείται για χυτούς τροχούς βαρύτητας και δομικά εξαρτήματα. Το AlSi10Mg, με 9,0 έως 11,0% Si, εξυπηρετεί χύτευση υπό πίεση και κατασκευή πρόσθετων μετάλλων. Το ADC12, με 9,6 έως 12,0% Si, είναι ένα εργαλείο για χυτά περιβλήματα και καλύμματα μεγάλου όγκου. Το πυρίτιο βελτιώνει τη δυνατότητα χύτευσης, καταστέλλει το θερμό σχίσιμο, μειώνει το πορώδες συρρίκνωσης και αυξάνει την αντοχή στη φθορά, ενώ η χαμηλή πυκνότητα του βασικού μετάλλου, περίπου 2,7 g/cm3, διατηρεί τα εξαρτήματα ελαφριά. Αυτά τα κράματα είναι επομένως στάνταρ σε εξαρτήματα κινητήρα και κιβωτίου ταχυτήτων αυτοκινήτων, βραχίονες αεροδιαστημικής και ηλεκτρονικά περιβλήματα.
Πυρίτιο στην κατασκευή χάλυβα και στον ηλεκτρικό χάλυβα
Στη χαλυβουργία, ο κλασικός φορέας πυριτίου είναι το σιδηροπυρίτιο, με το FeSi75 σε περίπου 75% Si να χρησιμοποιείται ευρέως για αποξείδωση και κράμα. Το πυρίτιο αφαιρεί το διαλυμένο οξυγόνο, βελτιώνει τη ρευστότητα του τήγματος και συμβάλλει στη σκληρότητα και την αντοχή στη σκλήρυνση στους χάλυβες ελατηρίων και εργαλείων. Στον ηλεκτρικό χάλυβα, η περιεκτικότητα σε πυρίτιο μεταξύ περίπου 0,5 και 3,5% αυξάνει την ηλεκτρική ειδική αντίσταση και με αυτόν τον τρόπο μειώνει τις απώλειες δινορευμάτων στους πυρήνες του κινητήρα και της γεννήτριας. Οι ποιότητες μετασχηματιστών προσανατολισμένων σε κόκκους συνήθως φέρουν περίπου 3% Si με ελεγχόμενο προσανατολισμό κόκκων για χαμηλή απώλεια πυρήνα κατά την κατεύθυνση κύλισης. Πάνω από αυτό το επίπεδο η λωρίδα γίνεται εύθραυστη και δύσκολο να κυλήσει, έτσι η περιεκτικότητα σε πυρίτιο είναι πάντα ισορροπημένη έναντι της μαγνητικής απόδοσης και της δυνατότητας κατασκευής.
Εφαρμογές χαλκού και κράματος χαλκού πυριτίου
Το Silicon bronze είναι μια οικογένεια κράματος χαλκού στην οποία το πυρίτιο, συνήθως με μικρή προσθήκη μαγγανίου, παρέχει αντοχή και εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση. Το C65500, γνωστό και ως CuSi3Mn1, περιέχει περίπου 2,8 έως 3,8% Si και 0,5 έως 1,3% Mn και είναι μια τυπική επιλογή για θαλάσσιο υλικό, στελέχη βαλβίδων, εξαρτήματα αντλίας και πτερωτής και ηλεκτρικούς συνδετήρες. Το κράμα σχηματίζει μια προστατευτική επιφανειακή μεμβράνη που αντέχει τόσο το γλυκό όσο και το αλμυρό νερό και λειτουργεί καλά με τις μηχανές και το κρύο. Το πυρίτιο χρησιμοποιείται επίσης ως τροποποιητική προσθήκη σε μπρούτζους αλουμινίου και ειδικούς ορείχαλκους, όπου βελτιώνει τη δομή και βελτιώνει τη συμπεριφορά φθοράς.
Βαθμοί, καθαρότητα και ζητήματα παραγγελίας
| Βαθμός | Fe μέγ | Αλ μέγ | Ca max | Τυπική Εφαρμογή |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 % | 0.5 % | 0.3 % | Γενική κράμα αλουμινίου και αποξείδωση |
| 441 | 0.4 % | 0.4 % | 0.1 % | Κράματα χύτευσης αλουμινίου και χρήση χημικών |
| 3303 | 0.3 % | 0.3 % | 0.03 % | Ηλεκτρικός χάλυβας και αλουμίνιο ανώτερης ποιότητας |
| 2202 | 0.2 % | 0.2 % | 0.02 % | Υψηλής καθαρότητας και ηλεκτρονικές εφαρμογές |
Βαθμός:η αριθμητική συντομογραφία κωδικοποιεί τα μέγιστα επίπεδα σιδήρου, αλουμινίου και ασβεστίου, επομένως τα 553 και 2202 διαφέρουν κυρίως στον έλεγχο των ιχνοστοιχείων παρά στην περιεκτικότητα σε πυρίτιο.
Μέγεθος σβώλου:Το κοινό μέγεθος είναι 10 έως 100 mm για τη φόρτιση σε φούρνο, με λεπτότερα θρυμματισμένα μεγέθη για το κόψιμο της κουτάλας και σκόνη για ειδικές διεργασίες.
Συσκευασία:σακούλες jumbo ή ατσάλινα τύμπανα, στεγνά και σφραγισμένα, επειδή η συλλογή υγρασίας επηρεάζει την ποιότητα και το χειρισμό του τήγματος.
Απόδειξη με έγγραφα:χημική ανάλυση ανά παρτίδα και για ηλεκτρικό ή ηλεκτρονικό άκρο χρησιμοποιεί μια πιο αυστηρή αναφορά ιχνοστοιχείων.
Ελαφριά αντοχή σε χυτά αλουμίνια-πυριτίου χωρίς απώλεια χυτότητας.
Αποξείδωση και κράμα σε χάλυβα, σκληρότητα ανύψωσης και σταθερότητα σε υψηλές{{0} θερμοκρασίες.
Χαμηλότερη απώλεια πυρήνα στον ηλεκτρικό χάλυβα μέσω αυξημένης ειδικής αντίστασης.
Αντοχή στη διάβρωση και μηχανική κατεργασία σε μπρούτζο πυριτίου για ναυτιλιακές και ηλεκτρικές εργασίες.
Προβλέψιμο κόστος, επειδή οι ποιότητες μετάλλου πυριτίου διαπραγματεύονται με δημοσιευμένες προδιαγραφές και όχι με ιδιόκτητες συνθέσεις.
Συχνές Ερωτήσεις
Ε: Πώς χρησιμοποιείται το μεταλλικό πυρίτιο σε προηγμένες εφαρμογές κραμάτων;
Α: Είναι η πηγή πυριτίου για κράματα χύτευσης αλουμινίου-πυριτίου, για σιδηροπυρίτιο που χρησιμοποιείται στη χαλυβουργία, για ηλεκτρικό χάλυβα με ελεγχόμενη ειδική αντίσταση και για μπρούτζο πυριτίου και άλλα κράματα χαλκού. Σε κάθε περίπτωση αλλάζει αντοχή, χυτότητα, αντίσταση στη διάβρωση ή μαγνητική απώλεια.
Ε: Τι όφελος παρέχει το πυρίτιο στα χυτά αλουμίνια;
Α: Το πυρίτιο βελτιώνει τη ρευστότητα και τη δυνατότητα χύτευσης, μειώνει το θερμό σχίσιμο και το πορώδες συρρίκνωσης, αυξάνει την αντοχή στη φθορά και βοηθά στη διατήρηση του βάρους σε χαμηλά επίπεδα. Αυτός ο συνδυασμός ταιριάζει σε αυτοκίνητα, αεροδιαστημικά και ηλεκτρονικά περιβλήματα.
Ε: Γιατί προστίθεται πυρίτιο στον ηλεκτρικό χάλυβα;
Α: Το πυρίτιο αυξάνει την ηλεκτρική αντίσταση, η οποία μειώνει τις απώλειες δινορευμάτων στους μαγνητικούς πυρήνες. Οι ποιότητες μετασχηματιστών προσανατολισμένων σε κόκκους βασίζονται σε αυτό το φαινόμενο, με το πυρίτιο συνήθως περίπου 3% και τον προσανατολισμό των κόκκων αυστηρά ελεγχόμενο.
Ε: Σε τι χρησιμοποιείται το silicon bronze;
Α: Ο μπρούντζος πυριτίου όπως το C65500 χρησιμοποιείται για θαλάσσιο υλικό, εξαρτήματα βαλβίδων και αντλιών, συνδετήρες και ηλεκτρικούς συνδετήρες, επειδή συνδυάζει χρήσιμη αντοχή με ισχυρή αντοχή στη διάβρωση του γλυκού και θαλασσινού νερού.
Ε: Τι σημαίνουν οι βαθμοί 553, 441, 3303 και 2202;
Α: Τα ψηφία εκφράζουν τη μέγιστη περιεκτικότητα σε σίδηρο, αλουμίνιο και ασβέστιο με τη σειρά. Χαμηλότεροι αριθμοί σημαίνουν πιο αυστηρό έλεγχο ιχνοστοιχείων, που έχει σημασία για ηλεκτρικές, ηλεκτρονικές και υψηλές προδιαγραφές κράματος χρήσεις.
Ε: Μπορεί το μέταλλο πυρίτιο να αντικαταστήσει το σιδηροπυρίτιο για την αποξείδωση του χάλυβα;
Α: Το μέταλλο πυριτίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί, αλλά το σιδηροπυρίτιο είναι συνήθως πιο οικονομικό και πιο εύκολο να διαλυθεί για την αποξείδωση ρουτίνας. Το μέταλλο πυριτίου τείνει να επιλέγεται εκεί όπου η συλλογή σιδήρου πρέπει να είναι περιορισμένη ή απαιτείται συγκεκριμένη υπολειμματική χημεία.