Die toepassing vanseldsame aardein die giet van aluminiumlegering is vroeër in die buiteland uitgevoer.Alhoewel China eers in die 1960's met die navorsing en toepassing van hierdie aspek begin het, het dit vinnig ontwikkel.Baie werk is gedoen van meganismenavorsing tot praktiese toepassing, en 'n paar prestasies is gemaak.Met die byvoeging van seldsame aardelemente is die meganiese eienskappe, gieteienskappe en elektriese eienskappe van aluminiumlegerings aansienlik verbeter.Op die gebied van nuwe materiale, die ryk optiese, elektriese en magnetiese eienskappe van seldsame aardelemente speel ook 'n belangrike rol in die maak van seldsame aarde permanente magnetiese materiale, seldsame aarde lig-emitterende materiale, seldsame aardwaterstofbergingsmateriaal, ens.
◆ ◆ Aksiemeganisme van seldsame aarde in aluminium en aluminiumlegering ◆ ◆
Skaars aardes het hoë chemiese aktiwiteit, lae potensiaal en spesiale elektronlaagrangskikking, en kan met byna alle elemente in wisselwerking tree. Skaars aardes wat algemeen in aluminium en aluminiumlegerings gebruik word, sluit La (lantaan), Ce (serium), Y (yttrium) en Sc (skandium).Hulle word dikwels by aluminiumvloeistof gevoeg met wysigers, kernvormende middels en ontgassingsmiddels, wat die smelt kan suiwer, die struktuur kan verbeter, die graan verfyn, ens.
01Suiwering van seldsame aarde
Aangesien 'n groot hoeveelheid gas- en oksied-insluitsels (hoofsaaklik waterstof, suurstof en stikstof) tydens die smelt en giet van aluminiumlegering ingebring sal word, sal speldegate, krake, insluitings en ander defekte in die gietwerk voorkom (sien Figuur 1a), wat verminder word. die sterkte van aluminiumlegering. Die suiweringseffek van seldsame aarde word hoofsaaklik gemanifesteer in die ooglopende vermindering van waterstofinhoud in gesmelte aluminium, die vermindering van speldgattempo en porositeit (sien Figuur 1b), en die vermindering van insluitings en skadelike elemente. rede is dat skaars aarde 'n groot affiniteit met waterstof het, wat waterstof in groot hoeveelhede kan absorbeer en oplos en stabiele verbindings kan vorm sonder om borrels te vorm, en sodoende die waterstofinhoud en porositeit van aluminium aansienlik verminder; Skaars aarde en stikstof vorm vuurvaste verbindings, wat meestal verwyder in die vorm van slak in die smeltproses, om die doel van die suiwering van aluminiumvloeistof te bereik.
Praktyk het bewys dat skaars aarde die effek het om die inhoud van waterstof, suurstof en swael in aluminium en aluminiumlegerings te verminder.Die byvoeging van 0,1%~0,3% RE in aluminiumvloeistof is nuttig om skadelike onsuiwerhede beter te verwyder, onsuiwerhede te verfyn of hul morfologie te verander, om sodoende korrels te verfyn en eweredig te versprei; Boonop vorm RE en skadelike onsuiwerhede met 'n lae smeltpunt binêre verbindings soos RES, REAs en REPb, wat gekenmerk word deur hoë smeltpunte, lae digtheid en stabiele chemiese eienskappe, en kan opgedryf word om slak te vorm en verwyder word, en sodoende aluminiumvloeistof suiwer; Die oorblywende fyn deeltjies word heterogene kerne van aluminium om te verfyn korrels.
Fig. 1 SEM-morfologie van 7075-legering sonder RE en w (RE)=0.3%
a.RE word nie bygevoeg nie;b.Voeg w (RE)=0.3% by
02Metamorfose van seldsame aarde
Seldsame aarde-modifikasie word hoofsaaklik gemanifesteer in die raffinering van korrels en dendriete, wat die voorkoms van growwe lamellêre T2-fase inhibeer, die growwe massiewe fase wat in die primêre kristal versprei word en sferiese fase uitskakel, sodat die strook- en fragmentverbindings by die korrelgrens aansienlik verminder word (sien Figuur 2). Oor die algemeen is die radius van seldsame aardatoom groter as dié van aluminiumatoom, en sy eienskappe is relatief aktief.Smelt in aluminiumvloeistof is baie maklik om die oppervlakdefekte van legeringsfase te vul, wat die oppervlakspanning op die raakvlak tussen nuwe en ou fases verminder en die groeitempo van kristalkern verbeter; Terselfdertyd kan dit ook 'n oppervlak vorm aktiewe film tussen die korrels en die gesmelte vloeistof om die groei van die gegenereerde korrels te voorkom en die legeringstruktuur te verfyn (sien Figuur 2b).
Fig. 2 Mikrostruktuur van legerings met verskillende RE-byvoeging
a.RE dosis is 0;b.RE-toevoeging is 0,3%;c.RE-toevoeging is 0,7%
Na die toevoeging van seldsame aardelementeα Die korrels van (Al) fase het kleiner begin word, wat 'n rol gespeel het in die verfyning van korrelsα(Al) wat in 'n klein roos- of staafvorm omskep is, wanneer die inhoud van seldsame aarde 0,3% isαDie korrelgrootte van (Al) ) fase is die kleinste, en neem geleidelik toe met die verdere toename van seldsame aardinhoud. Eksperimente het bewys dat daar 'n sekere inkubasietydperk vir seldsame aardmetamorfose is, en slegs wanneer dit vir 'n sekere tydperk by 'n hoë temperatuur gehou word, seldsame aarde sal die grootste rol speel in metamorfose.Daarbenewens neem die aantal kristalkerne van die verbindings wat deur aluminium en seldsame aarde gevorm word baie toe wanneer die metaal kristalliseer, wat ook die legeringstruktuur verfyn maak.Die navorsing toon dat seldsame aarde goeie wysigingseffek op aluminiumlegering.
03 Mikrolegeringseffek van seldsame aarde
Skaars aarde bestaan hoofsaaklik in aluminium en aluminiumlegerings in drie vorme: vaste oplossing in die matriksα(Al);Segregasie by fasegrens, korrelgrens en dendrietgrens;Soliede oplossing in of in die vorm van verbinding. Die versterkende effekte van seldsame aarde in aluminiumlegerings sluit hoofsaaklik korrelverfyning versterking, eindige oplossing versterking en die tweede fase versterking van seldsame aardverbindings in.
Die bestaansvorm van seldsame aarde in aluminium en aluminiumlegering is nou verwant aan die byvoegingshoeveelheid daarvan.Oor die algemeen, wanneer RE-inhoud minder as 0.1% is, is die rol van RE hoofsaaklik fynkorrelversterking en eindige oplossingversterking; Wanneer RE-inhoud 0.25%~0.30% is, vorm RE en Al 'n groot aantal sferiese of kort staafagtige intermetaalverbindings , wat in die graan- of korrelgrens versprei word, en 'n groot aantal ontwrigtings, fyn korrel sferoïdiseerde strukture en verspreide seldsame aardverbindings verskyn, wat mikrolegeringseffekte soos tweede fase versterking sal produseer.
◆ ◆ Effek van seldsame aarde op eienskappe van aluminium en aluminiumlegering ◆◆
01 Effek van seldsame aarde op omvattende meganiese eienskappe van legering
Die sterkte, hardheid, verlenging, breuktaaiheid, slytvastheid en ander omvattende meganiese eienskappe van die legering kan verbeter word deur die toepaslike hoeveelheid seldsame aarde by te voeg.0.3% RE word by gegote aluminium ZL10-reeks legering gevoegσbvan 205.9 MPa tot 274 MPa, en HB van 80 tot 108; Voeg 0.42% Sc by 7005 allooiσbverhoog van 314MPa tot 414MPa,σ0.2het van 282MPa tot 378MPa toegeneem, die plastisiteit het van 6.8% tot 10.1% toegeneem, en die hoëtemperatuurstabiliteit is aansienlik verbeter; La en Ce kan die superplastisiteit van die legering aansienlik verbeter.Deur 0.14%~0.64% La by Al-6Mg-0.5Mn-legering te voeg, verhoog die superplastisiteit van 430% tot 800%~1000%; 'n Sistematiese studie van Al Si-legering toon dat die vloeisterkte en uiteindelike treksterkte van die legering baie kan wees verbeter deur 'n gepaste hoeveelheid Sc.Fig.3 toon die SEM-voorkoms van trekbreuk van Al-Si7-Mg0.8legering, wat aandui dat dit 'n tipiese bros splitsingsbreuk sonder RE is, terwyl nadat 0,3% RE bygevoeg is, duidelike kuiltjiestruktuur in die breuk verskyn, wat aandui dat dit goeie taaiheid en rekbaarheid het.
Fig. 3 Trekbreukmorfologie
a.Nie by RE aangesluit nie;b.Voeg 0,3% RE by
02Effek van seldsame aarde op hoë temperatuur eienskappe van legerings
Voeg 'n sekere hoeveelheid byseldsame aardein aluminiumlegering kan die hoë-temperatuur oksidasie weerstand van aluminiumlegering effektief verbeter. Deur 1%~1.5% gemengde seldsame aarde by die gegote Al Si eutektiese legering te voeg, verhoog die hoë temperatuur sterkte met 33%, die hoë temperatuur breuksterkte (300 ℃, 1000 uur) met 44%, en die slytasieweerstand en hoë temperatuurstabiliteit word aansienlik verbeter; Die byvoeging van La, Ce, Y en mischmetal by gegote Al Cu-legerings kan die hoë-temperatuur-eienskappe van die legerings verbeter; Die vinnig gestolde Al-8.4% Fe-3.4% Ce-legering kan vir 'n lang tyd onder 400 ℃ werk, wat die werktemperatuur van aluminiumlegering aansienlik verbeter; Sc word by die Al Mg Si-legering gevoeg om Al te vorm3Sc-deeltjies wat nie maklik is om te grof teen hoë temperatuur te maak nie en met die matriks saamhang om die korrelgrens vas te pen, sodat die legering 'n ongekristalliseerde struktuur behou tydens uitgloeiing, en die hoë-temperatuur eienskappe van die legering aansienlik verbeter.
03 Effek van seldsame aarde op optiese eienskappe van legerings
Deur skaars aarde by aluminiumlegering te voeg, kan die struktuur van sy oppervlakoksiedfilm verander, wat die oppervlak helderder en mooier maak. Wanneer 0.12%~0.25% RE by die aluminiumlegering gevoeg word, is die reflektiwiteit van die geoksideerde en gekleurde 6063 profiel 92%; Wanneer 0.1%~0.3% RE by Al Mg gegote aluminiumlegering gevoeg word, kan die legering die beste oppervlakafwerking en glansduursaamheid verkry.
04 Effek van seldsame aarde op elektriese eienskappe van legerings
Die byvoeging van RE by hoë-suiwer aluminium is skadelik vir die geleidingsvermoë van die legering, maar die geleidingsvermoë kan tot 'n sekere mate verbeter word deur toepaslike RE by industriële suiwer aluminium en Al Mg Si geleidende legerings te voeg. Die eksperimentele resultate toon dat die geleidingsvermoë van aluminium kan met 2%~3% verbeter word deur 0,2% RE by te voeg. Die byvoeging van 'n klein hoeveelheid yttriumryke seldsame aarde in Al Zr-legering kan die geleidingsvermoë van die legering verbeter, wat deur die meeste huishoudelike draadfabrieke aangeneem is; Voeg spore seldsame aarde by tot hoë-suiwer aluminium om Al RE foelie kapasitor te maak.Wanneer dit in 25kV-produkte gebruik word, word die kapasitansie-indeks verdubbel, die kapasiteit per eenheidsvolume word met 5 keer verhoog, die gewig word met 47% verminder, en die kapasitorvolume word aansienlik verminder.
05Effek van seldsame aarde op korrosieweerstand van legering
In sommige diensomgewings, veral in die teenwoordigheid van chloriedione, is legerings kwesbaar vir korrosie, spleetkorrosie, spanningskorrosie en korrosiemoegheid. Om die korrosiebestandheid van aluminiumlegerings te verbeter, is baie studies uitgevoer.Daar word gevind dat die byvoeging van gepaste hoeveelheid seldsame aarde by aluminiumlegerings hul korrosiebestandheid effektief kan verbeter. Die monsters wat gemaak is deur verskillende hoeveelhede gemengde seldsame aardmetalen (0.1%~0.5%) by aluminium te voeg, is vir drie opeenvolgende in pekelwater en kunsmatige seewater geweek. jare.Die resultate toon dat die toevoeging van 'n klein hoeveelheid seldsame aardmetalen by aluminium die korrosiebestandheid van aluminium kan verbeter, en die korrosiebestandheid in pekelwater en kunsmatige seewater is onderskeidelik 24% en 32% hoër as dié van aluminium; Gebruik chemiese dampmetode en byvoeging seldsame aarde multi-komponent penetrant (La, Ce, ens.), 'n laag seldsame aarde omskakeling film kan gevorm word op die oppervlak van 2024 legering, wat die oppervlak elektrode potensiaal van aluminium legering geneig is om uniform te wees, en die weerstand te verbeter intergranulêre korrosie en spanningskorrosie; Die byvoeging van La by 'n hoë Mg aluminiumlegering kan die teen mariene korrosievermoë van die legering aansienlik verbeter; Die byvoeging van 1,5% ~ 2,5% Nd by aluminiumlegerings kan die hoë-temperatuur werkverrigting, lugdigtheid en korrosiebestandheid van die legerings, wat wyd gebruik word as lugvaartmateriaal.
◆ ◆ Voorbereidingstegnologie van seldsame aardaluminiumlegering ◆ ◆
Skaars aarde word meestal bygevoeg in die vorm van spoorelemente in aluminiumlegerings en ander legerings.Skaars aarde het hoë chemiese aktiwiteit, hoë smeltpunt, en is maklik om te oksideer en teen hoë temperature verbrand te word.Dit het sekere probleme veroorsaak in die voorbereiding en toepassing van seldsame aardaluminiumlegerings.In die langtermyn eksperimentele navorsing gaan mense voort om die voorbereidingsmetodes van seldsame aardaluminiumlegerings te verken.Op die oomblik is die belangrikste produksiemetodes vir die voorbereiding van seldsame aardaluminiumlegerings is mengmetode, gesmelte soutelektrolisemetode en aluminotermiese reduksiemetode.
01 Mengmetode
Gemengde smeltmetode is om seldsame aard- of gemengde seldsame aardmetaal in 'n hoë-temperatuur-aluminiumvloeistof in verhouding te voeg om meesterlegering of toepassingslegering te maak, en dan die meesterlegering en die oorblywende aluminium volgens die berekende toelae saam te smelt, volledig roer en verfyn .
02 Elektrolise
Die gesmelte sout-elektrolisemetode is om seldsame aardoksied of seldsame aardsout by die industriële aluminium elektrolitiese sel te voeg en met aluminiumoksied te elektroliseer om seldsame aardaluminiumlegering te produseer. Gesmelte soutelektrolisemetode het relatief vinnig in China ontwikkel.Oor die algemeen is daar twee maniere, naamlik vloeibare katode metode en elektrolitiese eutektoïede metode.Tans is dit ontwikkel dat seldsame aardverbindings direk by industriële aluminium elektrolitiese selle gevoeg kan word, en seldsame aardaluminiumlegerings kan geproduseer word deur elektrolise van chloriedsmeltings deur eutektoïede metode.
03 Aluminotermiese reduksiemetode
Omdat aluminium 'n sterk reduksievermoë het, en aluminium 'n verskeidenheid intermetaalverbindings met seldsame aarde kan vorm, kan aluminium as 'n reduseermiddel gebruik word om seldsame aardaluminiumlegerings voor te berei. Die belangrikste chemiese reaksies word in die volgende formule getoon:
RE2O3+ 6Al→2REAl2+ Al2O3
Onder hulle kan seldsame aardoksied of seldsame aardryke slak as seldsame aardgrondstowwe gebruik word; Die reduseermiddel kan industriële suiwer aluminium of silikonaluminium wees; Die verlagingstemperatuur is 1400 ℃ ~ 1600 ℃. In die vroeë stadium is dit gedra uit onder die voorwaarde van die bestaan van verhittingsmiddel en vloed, en hoë reduksietemperatuur sou baie probleme veroorsaak;In onlangse jare het navorsers 'n nuwe aluminotermiese reduksiemetode ontwikkel.By 'n laer temperatuur (780 ℃) word die aluminotermiese reduksiereaksie voltooi in die stelsel van natriumfluoried en natriumchloried, wat die probleme wat veroorsaak word deur die oorspronklike hoë temperatuur vermy.
◆ ◆ Toepassingsvordering van seldsame aardaluminiumlegering ◆ ◆
01 Toepassing van seldsame aardaluminiumlegering in kragbedryf
As gevolg van die voordele van goeie geleidingsvermoë, groot stroomdravermoë, hoë sterkte, slytasieweerstand, maklike verwerking en lang lewensduur, kan seldsame aardaluminiumlegering gebruik word om kabels, oorhoofse transmissielyne, draadkerne, glydrade en dun drade te vervaardig vir spesiale doeleindes.Die byvoeging van 'n klein hoeveelheid RE in die Al Si-legeringstelsel kan die geleidingsvermoë verbeter, wat is omdat die silikon in die aluminiumlegering 'n onsuiwerheidselement met 'n hoë inhoud is, wat 'n groter impak op die elektriese eienskappe het.Die byvoeging van 'n gepaste hoeveelheid seldsame aarde kan die bestaande morfologie en verspreiding van silikon in die legering verbeter, wat die elektriese eienskappe van aluminium effektief kan verbeter; Die byvoeging van 'n klein hoeveelheid yttrium of yttriumryk gemengde seldsame aarde in die hittebestande aluminiumlegeringsdraad kan nie net goeie hoë-temperatuur werkverrigting handhaaf nie, maar ook die geleidingsvermoë verbeter; Skaars aarde kan die treksterkte, hittebestandheid en korrosiebestandheid van aluminiumlegeringstelsel verbeter.Kabels en geleiers gemaak van seldsame aardaluminiumlegering kan die span van kabeltoring vergroot en die lewensduur van kabels verleng.
02Toepassing van seldsame aardaluminiumlegering in die konstruksiebedryf
6063 aluminiumlegering is die mees gebruikte in die konstruksiebedryf.Die byvoeging van 0,15% ~ 0,25% seldsame aarde kan die as gietstruktuur en verwerkingstruktuur aansienlik verbeter, en kan die ekstrusieprestasie, hittebehandelingseffek, meganiese eienskappe, korrosieweerstand, oppervlakbehandelingsprestasie en kleurtoon verbeter. hoofsaaklik versprei in 6063 aluminiumlegeringα-Al neutraliseer die fasegrens, korrelgrens en interdendritiese, en hulle word opgelos in verbindings of bestaan in die vorm van verbindings om die dendrietstruktuur en korrels te verfyn, sodat die grootte van die onopgeloste eutektika en die grootte van die kuiltjie in die kuiltjie-area aansienlik kleiner word, die verspreiding is eenvormig en die digtheid neem toe, sodat die verskillende eienskappe van die legering in verskillende mate verbeter word.Byvoorbeeld, die sterkte van die profiel word met meer as 20% verhoog, die verlenging word met 50% verhoog, en die korrosietempo word met meer as twee keer verminder, Die dikte van die oksiedfilm neem toe met 5% ~ 8%, en die kleureienskap neem toe met ongeveer 3%.Daarom word RE-6063-legeringsbouprofiele wyd gebruik.
03Toepassing van seldsame aardaluminiumlegering in daaglikse produkte
Die byvoeging van spore seldsame aarde by suiwer aluminium en Al Mg-reeks aluminiumlegerings vir daaglikse gebruik aluminiumprodukte kan die meganiese eienskappe, dieptrek-eienskap en weerstand teen korrosie aansienlik verbeter. aluminium meubelstutte, aluminiumfietse en onderdele vir huishoudelike toestelle gemaak van Al Mg RE-legering het meer as twee keer die korrosiebestandheid, 10% ~ 15% gewigsvermindering, 10% ~ 20% opbrengsverhoging, 10% ~ 15% produksiekostevermindering, en beter dieptrek- en diepverwerkingsprestasie in vergelyking met aluminiumlegeringsprodukte sonder seldsame aarde. Tans word die daaglikse benodigdhede van seldsame aardaluminiumlegering wyd gebruik, en die produkte het aansienlik toegeneem, en word goed verkoop in die plaaslike en buitelandse markte .
04 Toepassing van seldsame aardaluminiumlegering in ander aspekte
Die toevoeging van 'n paar duisendstes van seldsame aarde in die mees gebruikte Al Si-reeks gietlegering kan die bewerkingsprestasie van die legering aansienlik verbeter.Baie handelsmerke produkte is in vliegtuie, skepe, motors, dieselenjins, motorfietse en gepantserde voertuie (suier, ratkas, silinder, instrumentasie en ander onderdele) gebruik. In navorsing en toepassing word gevind dat Sc die doeltreffendste element is om optimaliseer die struktuur en eienskappe van aluminiumlegerings.Dit het sterk dispersieversterking, korrelverfyningversterking, oplossingversterking en mikrolegeringsversterkende effekte op aluminium, en kan die sterkte, hardheid, plastisiteit, taaiheid, korrosiebestandheid, hittebestandheid, ens. van legerings verbeter.Sc Al-reeks allooie is gebruik in hoë-tegnologie nywerhede soos lugvaart, skepe, hoëspoed treine, ligte voertuie, ens.C557Al Mg Zr Sc reeks skandium aluminiumlegering wat deur NASA ontwikkel is, het hoë sterkte en hoë temperatuur en lae temperatuur stabiliteit en is toegepas op vliegtuig romp en vliegtuie strukturele dele; Die 0146Al Cu Li Sc-legering wat deur Rusland ontwikkel is, is op die kriogene brandstoftenk van ruimtetuie toegepas.
Uit Volume 33, Uitgawe 1 van Rare Earth deur Wang Hui, Yang An en Yun Qi
Postyd: Jul-05-2023