Primärsilizium

Als erste Phase in übereutektischen Al-Si-Legierungen ausgeschiedenes Silizium. 

Bei weiterer Abkühlung erstarrt das Al-Si-Eutektikum und wird als eutektisches Silizium bezeichnet. Das primäre Silizium in übereutektischen Al-Si-Legierungen (Si >12,5 %) kann sich unterschiedlich ausbilden (Bild 1). Die Morphologie des Siliziums ist abhängig von der Erstarrungsgeschwindigkeit, dem Temperaturgradienten während der Erstarrung und der lokalen chemischen Zusammensetzung, und zwar:

  • sternenförmig 5-achsig ausgehend von einem Nukleus
  • polyhedral (hexagonal oder oktogonal)
  • dendritenförmig

Die unterschiedlichen Formen können nebeneinander im Gefüge auftreten. Die primäre Si-Phase wird nicht durch die üblichen - in Al-Si-Legierungen vorkommenden - Keime generiert. Daher beginnt die Kristallisation nur bei hohen Unterkühlungen und es bilden sich nur wenige und extrem große Si-Partikel.

Zur Vermeidung von grobkörnigem, primärem Silizium muss die Kornfeinung daher über heterogene Keimbildung erfolgen. Es hat sich heraus gestellt, dass Phosphor (P) ein wirksames Kornfeinungsmittel ist (Bild 2), da dieser in der Schmelze zu AlP reagiert, das eine ähnliche Kristallstruktur wie Silizium besitzt. Die Zugabe von P-hältigen Kornfeinungsmitteln ist relativ einfach und kann erfolgen mit

  • Cu-P, Cu-Fe-P (bei Cu-hältigen Legierungen)
  • Fe-P, Ni-P (Ni3P-Keime, gut wirksam)
  • P-hältige Salze oder Präparate
  • Vakuumverpacktes P

Veredelungsmittel wie Natrium (Na) und Strontium (Sr) stören die Kornfeinung des Primärsiliziums, wenngleich sie sich günstig auf das eutektische Silizium auswirken. Ebenfalls negativ auf die Kornfeinung wirken sich Spuren von Kalzium (Ca) aus, wobei eine Störung der P-Kornfeinung bei Ca > 100 ppm auftritt (Bild 3). Für eine gute Kornfeinung sollte ein Ca-Gehalt

Für die unterscheidlichen Gießverfahren gilt, dass die Primärsilizium-Größe aber grundsätzlich und wesentlich durch die Erstarrungsgeschwindigkeit beeinflusst wird (Bild 4).

Weiterführende Stichworte:
Dauerveredelung
Veredelung
Überveredelung

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