直接加工业硅锭制配6063铝合金新工艺分析

王高宝

摘  要：镁与硅是构成6063铝合金的重要合金元素，其在加工、可焊、抗腐蚀性能等诸多方面均占据优势，为现代工业领域中挤压合金的典范。文章紧扣6063铝合金的配制工艺，较为详细的探究了直接加工业硅锭工艺方法及流程，通过实践应用阐明该新工艺的优势。生产实践表明，新工艺精简了合金产品的工业制配程序，优化了生产人员的作业条件，压缩生产造价成本，能取得较高的经济效益，有推广价值。

关键词：6063铝合金;直接加工;工业硅锭制配法;工艺分析

据统计[1]，国内每年6063铝合金铝棒的生产量达到1500万t，主要用于加工制造铝型材与机械零部件。过往多通过掺和AL-Si中间合金锭的传统工法制配6063铝合金，尽管工艺流程简洁、溶化效果较优良，但因增设了制作中间合金工序，生产成本将会有所提升。后续阶段国内部分厂家利用粉碎装置把工业硅锭粉碎处理成内径为10～25mm的颗粒样，严格依照Si设定的含量要求把颗粒物直接掺和至溶解完全的铝液内，充分搅拌，尽管有利于减少工业生产成本，但实践中需严格控制硅颗粒大小，过大可能会拖延溶解时间，过小易形成不溶颗粒，降低终产品力学性能。

笔者在过往实践中深度解读6063铝合金铝传统制配工法暴露的不足，做出依照Si含量要求于二次加料环节直接把硅锭与铝锭一并投到熔炉内的提议，本文主要对这一工业新工艺做出探究。

1、直接加工业硅锭的原理分析

于铝液内一定温度条件下，铝液对工业硅进行冲刷、侵蚀作用，使Si在铝液内发生溶解这一物化过程。结合既往研究，在700℃铝液内，Si的扩散系数（cm?/s）达到14.4，并且于6063铝合金内产出合物Mg2Si，Mg2Si的共晶温度约为500℃。容易和铝产出共晶化合物的元素被溶解的概率较高。Si的百分率也是影响其于铝液内溶解速度的主要因素之一，通常情况下，Si含量高低与其溶解时间长短之间存在正相关性[2]。因为于第二次投放物料环节中就添加了工业硅锭，而于6063铝液内，Si含量约0. 4%，这就预示着工业硅锭持有较充分的溶解时间，能完全溶解。加上添加镁后的搅拌、除沉渣、精炼、排废气等系列过程，铝液搅拌的总时间会≥20min，充分搅拌是提升组织匀称性的基础操作方法，规避了严重的偏析问题。综合以上论述的内容，我们有理由认定直接加工业硅锭法制配6063铝合金在技术层面上是可行的。

2、试验方法与流程

2.1方法

本试验主要细分两组进行，一组（A组）选用常规制配工艺，掺和Si含量为12%的AL-Si中间合金物料;另一组（B组）选用本文提及的新工艺方法，即直接加入0.42%的工业硅锭，工业硅锭内Si含量≥99%，历经规范化的熔炼、静置处理。提取以上两组工艺内样本完成光谱分析，比较合金化成效[3]。

2.2流程

本试验研究在容量为1t的熔炉内进行，B组试验采用直接加硅锭法制配，在二次加料环节中，工业硅锭和纯铝锭一并被投放到熔炉内，加热处理以驱动温度上升过程，当确认纯铝锭整体被熔化，铝液温度上升至720℃～740℃时，掺和镁进行充分搅拌，而后击碎沉渣、精炼、排除废气，静置、提取样品。

2.3统计试验的结果

针对两种实验数次取样情况进行观察分析，发现铝液内都没有生成肉眼可见的硅颗粒，这提示硅锭溶解完全。对两组铝液依次提取样本、冷却处理，针对完全冷却后的试样，依次选用5个不同位点，选用FOUNDRY -MASTER COMPACT直读光谱仪分析各点光谱，分析结果被统计在表1与表2。分析两表内的数据，发现直接加工业硅锭工艺和中间合金方法取得的合金化成效一致化，基于新工艺制配出的试样硅含量相对较为温度，约为0.42%，试样不同位点的硅含量值差值很小，未出现显著的偏析现象，相比之下该工法的合金化成效更优良[4]。

比较分析表1、2光谱分析统计结果，认定使用直接加工业硅锭法制配6063铝合金铝可行度很高，硅的溶解度均能维持在0.42上下。

3、生产实践与优势分析

为进一步检测验证本文提出的新工艺方法的可执行性和铝棒自身品质的可靠性，拟定于某铝厂15t油炉内正式开展生产作业活动，提取各炉内的样品，采用光谱法加以检测。迄今为止，Si、Mg等主要元素含量均符合相关标准要求，未见硅元素含量不达标的情况，并且所制造出的6063铝棒和挤压生产标准与挤压产品品质要求均吻合，未见由于铸棒溶硅问题而造成挤压制品质量不达标或者滋生挤压生产事故，协助铝厂创造较高的经济利润。笔者从如下两点解读直接加硅锭工艺的优越性[5]：

（1）工艺程序简洁化：比较新工艺与传统工艺，我们不难发现中间合金法工艺程序较繁琐，增设了二次补给物料环节以科学调节成分。而直接加硅锭法能准确调控规的投入量，并还能较好的防控硅被氧化的问题，较明显的提升了工艺生产程序的简洁度，优化了工人的生产作业环境条件，溶解、精炼时间均被短缩，烧损量明显减少。

（2）生产成本显著降低，经济效益显著：过往生产1t铝棒时，需要投用大概31kg的AL-Si中间合金，1kg的AL-Si的售價为22元左右，每生产1t铝棒时中间合金耗用资金约为682元。而1kg的工业硅售价大概为12元，利用新工艺生产1t6063铝棒溶硅费用约为50元，和传统工法相比成本降低量高于600元。按照我国每年生产1500万t6063铝棒测算，直接节省成本高于90亿元，经济成效极为显著。在未来几年中，如果能把该工艺技术用于6系铝合金，将会产出更大的经济效益。

结束语：

传统中间合金法制配6063铝合金产品在流程操作、经济效益等方面暴露出一定不足，急需改善，用直接加工业硅锭法将其取而代之是可行性的，生产实践表明，该新工艺应用阶段，明显降低了产品的生产成本，取得较优良的经济效益，若将该工艺推广应用于铝合金行业内，将会产出惊人的经济效益。

参考文献

[1]  刘兆伟，孙亮，董刘颖，等.6063铝合金挤压型材缺陷分析[J].热处理技术与装备，2020，41（02）：59-63.

[2]  张展，许志龙，孙金娥，等.船用铝合金在模拟工业污染海洋环境中的腐蚀行为[J].材料保护，2019，52（12）：7-13.

[3]  王蕾，孙育竹.汽车铝合金轮毂混合酸阳极氧化工艺的研究[J].电镀与环保，2019，39（06）：55-57.

[4]  建安工业铝合金底盘悬架关键零部件生产线试生产[J].铸造工程，2019，43（06）：74-75.

[5]  陈萌.工业建筑屋面用新型Al-Mg-Zn-Ti铝合金板的挤压温度优化[J].热加工工艺，2019，48（21）：99-101.