直接加工業硅錠制配6063鋁合金新工藝分析

王高寶

摘 ?要：鎂與硅是構成6063鋁合金的重要合金元素，其在加工、可焊、抗腐蝕性能等諸多方面均占據優勢，為現代工業領域中擠壓合金的典范。文章緊扣6063鋁合金的配制工藝，較為詳細的探究了直接加工業硅錠工藝方法及流程，通過實踐應用闡明該新工藝的優勢。生產實踐表明，新工藝精簡了合金產品的工業制配程序，優化了生產人員的作業條件，壓縮生產造價成本，能取得較高的經濟效益，有推廣價值。

關鍵詞：6063鋁合金;直接加工;工業硅錠制配法;工藝分析

據統計[1]，國內每年6063鋁合金鋁棒的生產量達到1500萬t，主要用于加工制造鋁型材與機械零部件。過往多通過摻和AL-Si中間合金錠的傳統工法制配6063鋁合金，盡管工藝流程簡潔、溶化效果較優良，但因增設了制作中間合金工序，生產成本將會有所提升。后續階段國內部分廠家利用粉碎裝置把工業硅錠粉碎處理成內徑為10～25mm的顆粒樣，嚴格依照Si設定的含量要求把顆粒物直接摻和至溶解完全的鋁液內，充分攪拌，盡管有利于減少工業生產成本，但實踐中需嚴格控制硅顆粒大小，過大可能會拖延溶解時間，過小易形成不溶顆粒，降低終產品力學性能。

筆者在過往實踐中深度解讀6063鋁合金鋁傳統制配工法暴露的不足，做出依照Si含量要求于二次加料環節直接把硅錠與鋁錠一并投到熔爐內的提議，本文主要對這一工業新工藝做出探究。

1、直接加工業硅錠的原理分析

于鋁液內一定溫度條件下，鋁液對工業硅進行沖刷、侵蝕作用，使Si在鋁液內發生溶解這一物化過程。結合既往研究，在700℃鋁液內，Si的擴散系數（cm?/s）達到14.4，并且于6063鋁合金內產出合物Mg2Si，Mg2Si的共晶溫度約為500℃。容易和鋁產出共晶化合物的元素被溶解的概率較高。Si的百分率也是影響其于鋁液內溶解速度的主要因素之一，通常情況下，Si含量高低與其溶解時間長短之間存在正相關性[2]。因為于第二次投放物料環節中就添加了工業硅錠，而于6063鋁液內，Si含量約0. 4%，這就預示著工業硅錠持有較充分的溶解時間，能完全溶解。加上添加鎂后的攪拌、除沉渣、精煉、排廢氣等系列過程，鋁液攪拌的總時間會≥20min，充分攪拌是提升組織勻稱性的基礎操作方法，規避了嚴重的偏析問題。綜合以上論述的內容，我們有理由認定直接加工業硅錠法制配6063鋁合金在技術層面上是可行的。

2、試驗方法與流程

2.1方法

本試驗主要細分兩組進行，一組（A組）選用常規制配工藝，摻和Si含量為12%的AL-Si中間合金物料;另一組（B組）選用本文提及的新工藝方法，即直接加入0.42%的工業硅錠，工業硅錠內Si含量≥99%，歷經規范化的熔煉、靜置處理。提取以上兩組工藝內樣本完成光譜分析，比較合金化成效[3]。

2.2流程

本試驗研究在容量為1t的熔爐內進行，B組試驗采用直接加硅錠法制配，在二次加料環節中，工業硅錠和純鋁錠一并被投放到熔爐內，加熱處理以驅動溫度上升過程，當確認純鋁錠整體被熔化，鋁液溫度上升至720℃～740℃時，摻和鎂進行充分攪拌，而后擊碎沉渣、精煉、排除廢氣，靜置、提取樣品。

2.3統計試驗的結果

針對兩種實驗數次取樣情況進行觀察分析，發現鋁液內都沒有生成肉眼可見的硅顆粒，這提示硅錠溶解完全。對兩組鋁液依次提取樣本、冷卻處理，針對完全冷卻后的試樣，依次選用5個不同位點，選用FOUNDRY -MASTER COMPACT直讀光譜儀分析各點光譜，分析結果被統計在表1與表2。分析兩表內的數據，發現直接加工業硅錠工藝和中間合金方法取得的合金化成效一致化，基于新工藝制配出的試樣硅含量相對較為溫度，約為0.42%，試樣不同位點的硅含量值差值很小，未出現顯著的偏析現象，相比之下該工法的合金化成效更優良[4]。

比較分析表1、2光譜分析統計結果，認定使用直接加工業硅錠法制配6063鋁合金鋁可行度很高，硅的溶解度均能維持在0.42上下。

3、生產實踐與優勢分析

為進一步檢測驗證本文提出的新工藝方法的可執行性和鋁棒自身品質的可靠性，擬定于某鋁廠15t油爐內正式開展生產作業活動，提取各爐內的樣品，采用光譜法加以檢測。迄今為止，Si、Mg等主要元素含量均符合相關標準要求，未見硅元素含量不達標的情況，并且所制造出的6063鋁棒和擠壓生產標準與擠壓產品品質要求均吻合，未見由于鑄棒溶硅問題而造成擠壓制品質量不達標或者滋生擠壓生產事故，協助鋁廠創造較高的經濟利潤。筆者從如下兩點解讀直接加硅錠工藝的優越性[5]：

（1）工藝程序簡潔化：比較新工藝與傳統工藝，我們不難發現中間合金法工藝程序較繁瑣，增設了二次補給物料環節以科學調節成分。而直接加硅錠法能準確調控規的投入量，并還能較好的防控硅被氧化的問題，較明顯的提升了工藝生產程序的簡潔度，優化了工人的生產作業環境條件，溶解、精煉時間均被短縮，燒損量明顯減少。

（2）生產成本顯著降低，經濟效益顯著：過往生產1t鋁棒時，需要投用大概31kg的AL-Si中間合金，1kg的AL-Si的售價為22元左右，每生產1t鋁棒時中間合金耗用資金約為682元。而1kg的工業硅售價大概為12元，利用新工藝生產1t6063鋁棒溶硅費用約為50元，和傳統工法相比成本降低量高于600元。按照我國每年生產1500萬t6063鋁棒測算，直接節省成本高于90億元，經濟成效極為顯著。在未來幾年中，如果能把該工藝技術用于6系鋁合金，將會產出更大的經濟效益。

結束語：

傳統中間合金法制配6063鋁合金產品在流程操作、經濟效益等方面暴露出一定不足，急需改善，用直接加工業硅錠法將其取而代之是可行性的，生產實踐表明，該新工藝應用階段，明顯降低了產品的生產成本，取得較優良的經濟效益，若將該工藝推廣應用于鋁合金行業內，將會產出驚人的經濟效益。

參考文獻

[1] ?劉兆偉，孫亮，董劉穎，等.6063鋁合金擠壓型材缺陷分析[J].熱處理技術與裝備，2020，41（02）：59-63.

[2] ?張展，許志龍，孫金娥，等.船用鋁合金在模擬工業污染海洋環境中的腐蝕行為[J].材料保護，2019，52（12）：7-13.

[3] ?王蕾，孫育竹.汽車鋁合金輪轂混合酸陽極氧化工藝的研究[J].電鍍與環保，2019，39（06）：55-57.

[4] ?建安工業鋁合金底盤懸架關鍵零部件生產線試生產[J].鑄造工程，2019，43（06）：74-75.

[5] ?陳萌.工業建筑屋面用新型Al-Mg-Zn-Ti鋁合金板的擠壓溫度優化[J].熱加工工藝，2019，48（21）：99-101.