Aplikasi sakabumi langkaing casting aluminium alloy wis digawa metu sadurungé ing luar negeri.Sanajan China miwiti riset lan aplikasi aspek iki mung ing taun 1960-an, nanging wis berkembang kanthi cepet.A akèh karya wis rampung saka riset mekanisme kanggo aplikasi praktis, lan sawetara prestasi wis digawe.Kanthi Kajaba saka unsur tanah langka, mechanical, sifat casting lan electrical saka wesi aluminium wis nemen apik. bahan anyar, optik sugih, electrical lan Magnetik sifat unsur bumi langka uga muter peran penting ing nggawe langka bumi bahan Magnetik permanen, materi cahya-emitting bumi langka, bahan panyimpenan hidrogen bumi langka, etc.
◆ ◆ Mekanisme aksi bumi langka ing aluminium lan aluminium ◆ ◆
Langka bumi nduweni aktivitas kimia dhuwur, potensial kurang lan susunan lapisan elektron khusus, lan bisa sesambungan karo meh kabeh unsur.Rare earths umum digunakake ing aluminium lan paduan aluminium kalebu La (lanthanum), Ce (cerium), Y(yttrium) lan Sc (skandium).Dheweke asring ditambahake menyang cairan aluminium kanthi modifiers, agen nukleat lan agen degassing, sing bisa ngresiki leleh, nambah struktur, nyaring gandum, lsp.
01Pemurnian tanah jarang
Minangka jumlah gedhe saka gas lan oksida inklusi (utamané hidrogen, oksigen lan nitrogen) bakal digawa ing sak leleh lan casting saka aluminium alloy, pinholes, retak, inclusions lan cacat liyane bakal kelakon ing casting (ndeleng Figure 1a), ngurangi kekuatan paduan aluminium.Efek pemurnian bumi langka utamane diwujudake kanthi nyuda isi hidrogen ing aluminium molten, nyuda tingkat pinhole lan porositas (pirsani Gambar 1b), lan nyuda inklusi lan unsur sing mbebayani. Alasane yaiku tanah jarang nduweni karemenan gedhe karo hidrogen, sing bisa nyerep lan mbubarake hidrogen kanthi jumlah gedhe lan mbentuk senyawa sing stabil tanpa mbentuk gelembung, saéngga bisa nyuda isi hidrogen lan porositas aluminium; Tanah langka lan nitrogen mbentuk senyawa refraktori, yaiku biasane dibusak ing wangun slag ing proses smelting, supaya minangka kanggo entuk tujuan dimurnèkaké Cairan aluminium.
Praktek wis mbuktekake yen tanah jarang nduweni efek ngurangi kandungan hidrogen, oksigen lan belerang ing paduan aluminium lan aluminium.Nambahake 0.1% ~ 0.3% RE ing Cairan aluminium migunani kanggo mbusak impurities mbebayani, nyaring impurities utawa ngganti morfologi, supaya bisa nyaring lan roto-roto nyebar pari-parian; Kajaba iku, RE lan impurities mbebayani karo titik leleh kurang mbentuk senyawa binar kayata RES, REAs, lan REPb, kang ditondoi dening titik leleh dhuwur, Kapadhetan kurang, lan sifat kimia stabil, lan bisa floated munggah kanggo mbentuk slag lan dibusak, mangkono purifying aluminium Cairan; Sisa partikel nggoleki dadi heterogen inti saka aluminium kanggo nyaring. biji-bijian.
Gambar 1 SEM Morfologi 7075 Alloy tanpa RE lan w (RE) = 0,3%
a.RE ora ditambahake;b.Tambah w (RE) = 0,3%
02Metamorphism of rare earth
Modifikasi bumi langka utamané diwujudake ing panyulingan biji-bijian lan dendrit, nyegah munculé fase T2 lamellar kasar, ngilangi fase massive coarse sing disebarake ing kristal primer lan mbentuk fase bundher, saéngga strip lan senyawa pecahan ing wates gandum dikurangi sacara signifikan. (pirsani Gambar 2). Umumé, radius atom bumi langka luwih gedhe tinimbang atom aluminium, lan sifate relatif aktif.Leleh ing Cairan aluminium gampang banget kanggo ngisi cacat lumahing saka phase alloy, kang nyuda tension lumahing ing antarmuka antarane fase anyar lan lawas, lan mbenakake tingkat wutah saka inti kristal; Ing wektu sing padha, iku uga bisa mbentuk lumahing. film aktif antarane pari-parian lan Cairan molten kanggo nyegah wutah saka pari-parian kui lan nyaring struktur alloy (ndeleng Figure 2b).
Fig. 2 Mikrostruktur saka Alloys karo Addition RE beda
a.dosis RE yaiku 0;b.Tambahan RE 0,3%;c.Tambahan RE yaiku 0,7%
Sawise nambahake unsur tanah jarang αBiji-bijian saka fase (Al) wiwit dadi luwih cilik, sing nduweni peran kanggo nyaring biji-bijianα(Al) sing diowahi dadi bentuk mawar utawa batang cilik, nalika isi lemah jarang 0,3%α Ukuran butir (Al). ) fase paling cilik, lan mboko sithik mundhak kanthi nambah konten bumi langka. Eksperimen wis mbuktekake manawa ana periode inkubasi tartamtu kanggo metamorfisme bumi langka, lan mung nalika disimpen ing suhu dhuwur kanggo wektu tartamtu, tanah jarang bakal muter peran paling gedhé ing metamorphism. Kajaba iku, jumlah inti kristal saka senyawa kawangun dening aluminium lan rare earth mundhak nemen nalika logam crystallizes, kang uga ndadekake struktur alloy olahan. Panliten nuduhake yen bumi langka wis apik. efek modifikasi ing alloy aluminium.
03 Efek microalloying saka rare earth
Tanah langka utamané ana ing paduan aluminium lan aluminium kanthi telung wujud: larutan padat ing matriksα(Al);Pemisahan ing wates fase, wates butir lan wates dendrit;Solusi padhet ing utawa ing wangun senyawa.Efek penguatan tanah jarang ing wesi aluminium utamane kalebu penguatan panyulingan gandum, penguatan solusi terhingga lan penguatan fase kapindho senyawa bumi langka.
Wujud langka bumi ing aluminium lan paduan aluminium raket banget karo jumlah tambahane.Umumé, nalika isi RE kurang saka 0,1%, peran RE utamané nggoleki gandum ngiyataken lan solusi winates ngiyataken; Nalika isi RE 0,25% ~ 0,30%, RE lan Al mbentuk nomer akeh rod bunder utawa cendhak kaya senyawa intermetallic. , sing disebarake ing wates gandum utawa gandum, lan akeh dislokasi, struktur spheroidized gandum sing apik lan senyawa bumi langka sing kasebar katon, sing bakal ngasilake efek paduan mikro kayata penguatan fase kapindho.
◆ ◆ Pengaruh bumi langka ing sifat aluminium lan paduan aluminium ◆◆
01 Pengaruh tanah jarang ing sifat mekanik paduan sing komprehensif
Kekuwatan, atose, elongation, fraktur kateguhan, nyandhang resistance lan sifat mechanical lengkap liyane saka alloy bisa apik kanthi nambah jumlah cocok saka rare earth.0.3% RE ditambahake kanggo cast aluminium ZL10 seri alloyσ.bsaka 205,9 MPa dadi 274 MPa, lan HB saka 80 nganti 108; Nambahake 0,42% Sc dadi 7005 alloyσbtambah saka 314MPa dadi 414MPa,σ0.2tambah saka 282MPa kanggo 378MPa, plasticity tambah saka 6,8% kanggo 10,1%, lan stabilitas suhu dhuwur Ngartekno meningkat; La lan Ce bisa Ngartekno nambah superplasticity saka wesi.Nambahake 0,14% ~ 0,64% La kanggo Al-6Mg-0.5Mn alloy nambah superplasticity saka 430% kanggo 800% ~ 1000%; A sinau sistematis Al Si alloy nuduhake yen kekuatan ngasilaken lan kekuatan tensile pokok saka alloy bisa nemen. apik kanthi nambah jumlah cocok saka Sc.Fig.Gambar 3 nuduhake tampilan SEM saka fraktur tarik Al-Si7-Mg0.8alloy, kang nuduhake iku fraktur cleavage brittle khas tanpa RE, nalika sawise 0,3% RE ditambahake, struktur dimple ketok katon ing fraktur, kang nuduhake yen wis kateguhan apik lan ductility.
Gambar 3 Morfologi Retak Tarik
a.Ora melu RE;b.Tambah 0,3% RE
02Pengaruh Tanah Langka ing Sifat Suhu Dhuwur Paduan
Nambahake jumlah tartamtu sakabumi langkamenyang wesi aluminium bisa èfèktif nambah resistance oksidasi suhu dhuwur saka alloy aluminium.Nambahake 1% ~ 1.5% campuran bumi langka kanggo cast Al Si eutektik alloy mundhak kekuatan suhu dhuwur dening 33%, kekuatan pecah suhu dhuwur (300 ℃, 1000 jam) dening 44%, lan resistance nyandhang lan stabilitas suhu dhuwur sing Ngartekno apik; Nambahake La, Ce, Y lan mischmetal kanggo cast wesi Al Cu bisa nambah sifat-suhu dhuwur saka wesi; Ing cepet solidified Al-8.4% Fe-3.4% Ce alloy bisa digunakake kanggo dangu ing ngisor 400 ℃, nemen Ngapikake suhu kerja saka alloy aluminium; Sc ditambahake kanggo Al Mg Si alloy kanggo mbentuk Al3Partikel sc sing ora gampang coarsen ing suhu dhuwur lan koheren karo matriks kanggo pin wates gandum, supaya alloy njogo struktur unrecrystallized sak annealing, lan nemen mbenakake sifat-suhu dhuwur saka alloy.
03 Pengaruh Tanah Langka ing Sifat Optik Paduan
Nambahake lemah langka menyang wesi aluminium bisa ngganti struktur film oksida lumahing sawijining, nggawe lumahing luwih padhang lan ayu. Nalika 0,12% ~ 0,25% RE ditambahake menyang wesi aluminium, reflectivity saka oxidized lan colored 6063 profil iku nganti 92%; Nalika 0.1% ~ 0.3% RE ditambahake ing Al Mg cast aluminium alloy, alloy bisa entuk Rampung lumahing paling apik lan kinclong kekiatan.
04 Pengaruh Tanah Langka ing Sifat Kelistrikan Paduan
Nambahake RE kanggo aluminium kemurnian dhuwur mbebayani kanggo konduktivitas saka alloy, nanging konduktivitas bisa apik kanggo ombone tartamtu kanthi nambahake RE cocok kanggo industri aluminium murni lan Al Mg Si konduktif alloy.Asil eksperimen nuduhake yen konduktivitas aluminium bisa ditingkatake dening 2% ~ 3% kanthi nambahake 0.2% RE.Nambahake jumlah cilik saka yttrium sugih bumi langka menyang Al Zr alloy bisa nambah konduktivitas saka alloy, kang wis diadopsi dening paling pabrik kabel domestik;Tambah tilak langka bumi kanggo aluminium kemurnian dhuwur kanggo nggawe Al RE foil kapasitor.Nalika digunakake ing produk 25kV, indeks kapasitansi tikel kaping pindho, kapasitas saben volume unit tambah 5 kali, bobote dikurangi 47%, lan volume kapasitor dikurangi sacara signifikan.
05Pengaruh Tanah Langka ing Ketahanan Korosi Alloy
Ing sawetara lingkungan layanan, utamané ing ngarsane ion klorida, wesi rentan kanggo karat, karat crevice, karat kaku lan lemes karat. Supaya kanggo nambah resistance karat saka wesi aluminium, akeh pasinaon wis digawa metu.Ditemokake yen nambahake jumlah sing cocok saka lemah langka kanggo wesi aluminium bisa èfèktif nambah resistance karat sing.Sampel digawe kanthi nambah jumlah beda saka campuran rare earths (0,1% ~ 0,5%) kanggo aluminium padha direndhem ing brine lan gawean banyu segara kanggo telung consecutive. taun.Asil nuduhake yen nambah jumlah cilik saka lemah langka kanggo aluminium bisa nambah resistance karat saka aluminium, lan resistance karat ing brine lan banyu segara Ponggawa punika 24% lan 32% luwih dhuwur tinimbang aluminium, mungguh; Nggunakake cara uap kimia lan nambah. langka bumi multi-komponen penetrant (La, Ce, etc.), Lapisan film konversi bumi langka bisa kawangun ing lumahing 2024 alloy, nggawe potensial elektroda lumahing saka aluminium alloy kathah seragam, lan Ngapikake resistance kanggo karat intergranular lan karat kaku; Nambahake La kanggo dhuwur Mg aluminium alloy bisa Ngartekno nambah kemampuan anti karat segara saka alloy; Nambahake 1.5% ~ 2.5% Nd kanggo wesi aluminium bisa nambah kinerja suhu dhuwur, tightness online lan resistance karat saka wesi, kang digunakake digunakake minangka bahan aerospace.
◆ ◆ teknologi Preparation saka wesi aluminium bumi langka ◆ ◆
Rare earth biasane ditambahake ing wangun unsur tilak ing paduan aluminium lan paduan liyane.Tanah langka nduweni aktivitas kimia sing dhuwur, titik lebur sing dhuwur, lan gampang dioksidasi lan diobong ing suhu dhuwur.Iki wis nyebabake kesulitan tartamtu ing preparation lan aplikasi saka wesi aluminium bumi langka.Ing riset eksperimen jangka panjang, wong terus njelajah cara preparation saka wesi aluminium bumi langka.Saiki, cara produksi utama kanggo nyiapake wesi aluminium bumi langka. Metode pencampuran, metode elektrolisis garam cair dan metode reduksi aluminotermik.
01 Metode campuran
Cara leleh campuran yaiku nambahake tanah langka utawa logam langka campuran menyang cairan aluminium suhu dhuwur kanthi proporsi kanggo nggawe campuran master utawa campuran aplikasi, lan banjur nyawiji campuran master lan aluminium sing isih ana miturut tunjangan sing diwilang bebarengan, aduk lan nyaring. .
02 Elektrolisis
Cara elektrolisis uyah molten kanggo nambah oksida bumi langka utawa uyah bumi langka menyang sel elektrolitik aluminium industri lan electrolyze karo aluminium oksida kanggo gawé alloy aluminium bumi langka.Cara elektrolisis uyah molten wis dikembangaké relatif cepet ing China.Umume, ana rong cara, yaiku metode katoda cair lan metode eutektoid elektrolitik.Saiki, wis dikembangake manawa senyawa bumi langka bisa langsung ditambahake menyang sel elektrolitik aluminium industri, lan wesi aluminium bumi langka bisa diprodhuksi kanthi elektrolisis klorida cair kanthi metode eutectoid.
03 Metode reduksi aluminotermik
Amarga aluminium nduweni kemampuan reduksi sing kuwat, lan aluminium bisa mbentuk macem-macem senyawa intermetallic karo bumi langka, aluminium bisa digunakake minangka agen ngurangi kanggo nyiapake alloy aluminium bumi langka. Reaksi kimia utama ditampilake ing rumus ing ngisor iki:
RE2O3+ 6Al→2REAl2+ Al2O3
Antarane wong-wong mau, oksida bumi langka utawa slag sugih bumi langka bisa digunakake minangka bahan mentah bumi langka; Agen ngurangi bisa dadi aluminium murni industri utawa aluminium silikon; Suhu abang 1400 ℃ ~ 1600 ℃. Ing tataran awal, iki digawa. metu ing kondisi ana agen panas lan flux, lan suhu abang dhuwur bakal nimbulaké akeh masalah; Ing taun anyar, peneliti wis dikembangaké cara abang aluminothermic anyar.Ing suhu sing luwih murah (780 ℃), reaksi reduksi aluminothermic rampung ing sistem natrium fluorida lan natrium klorida, sing ngindhari masalah sing disebabake dening suhu dhuwur asli.
◆ ◆ Aplikasi kemajuan saka wesi aluminium bumi langka ◆ ◆
01 Aplikasi saka alloy aluminium bumi langka ing industri daya
Amarga kaluwihan saka konduktivitas apik, kapasitas mbeta saiki gedhe, kekuatan dhuwur, resistance nyandhang, Processing gampang lan urip dawa, alloy aluminium bumi langka bisa digunakake kanggo Pabrik kabel, garis transmisi overhead, inti kabel, kabel geser lan kabel tipis kanggo tujuan khusus.Nambahake jumlah cilik RE ing sistem alloy Al Si bisa nambah konduktivitas, kang amarga silikon ing alloy aluminium minangka unsur impurity karo isi dhuwur, kang wis impact luwih ing sifat electrical.Nambahake jumlah cocok saka bumi langka bisa nambah morfologi ana lan distribusi saka silikon ing wesi, kang èfèktif bisa nambah sifat electrical saka aluminium; Nambahake jumlah cilik saka yttrium utawa yttrium sugih mixed langka bumi menyang panas-tahan kabel aluminium alloy. ora mung bisa njaga kinerja suhu dhuwur nanging uga nambah konduktivitas; Langka bumi bisa nambah kekuatan tensile, resistance panas lan resistance karat saka sistem aluminium alloy.Kabel lan konduktor sing digawe saka campuran aluminium bumi langka bisa nambah rentang menara kabel lan ngluwihi umur layanan kabel.
02Aplikasi saka alloy aluminium bumi langka ing industri konstruksi
6063 paduan aluminium paling akeh digunakake ing industri konstruksi.Nambahake 0.15% ~ 0.25% tanah langka bisa Ngartekno nambah minangka struktur cast lan struktur Processing, lan bisa nambah kinerja extrusion, efek perawatan panas, mechanical, resistance karat, kinerja perawatan lumahing lan nada werna. utamané mbagekke ing 6063 aluminium alloyα-Al neutralizes wates phase, wates gandum lan interdendritic, lan lagi dipun bibaraken ing senyawa utawa ana ing wangun senyawa kanggo nyaring struktur dendrite lan biji, supaya ukuran eutektik undissolved lan ukuran. saka dimple ing wilayah dimple dadi Ngartekno cilik, distribusi seragam, lan Kapadhetan mundhak, supaya macem-macem sifat wesi sing apik kanggo werna-werna derajat.Contone, kekuatan profil tambah luwih saka 20%, elongation tambah 50%, lan tingkat karat suda luwih saka kaping pindho, Kekandelan saka film oxide mundhak dening 5% ~ 8%, lan property pewarna mundhak dening bab 3%. Mulane, RE-6063 profil bangunan alloy digunakake digunakake.
03Aplikasi saka alloy aluminium bumi langka ing produk saben dina
Nambahake tilak langka bumi kanggo aluminium murni lan Al Mg seri aluminium alloy kanggo saben dina nggunakake produk aluminium bisa Ngartekno nambah sifat mechanical, jero drawing property lan karat resistance.The kabutuhan saben dina kayata panci aluminium, panci aluminium, piring aluminium, kothak nedha awan aluminium, ndhukung furnitur aluminium, sepedha aluminium, lan bagean piranti omah sing digawe saka alloy Al Mg RE duwe luwih saka kaping pindho resistensi karat, 10% ~ 15% nyuda bobot, 10% ~ 20% nambah ngasilake, 10% ~ 15% nyuda biaya produksi, lan gambar jero luwih apik lan kinerja Processing jero dibandhingake karo produk alloy aluminium tanpa earth.At saiki, kabutuhan saben dina saka wesi aluminium langka bumi wis digunakake digunakake, lan produk wis tambah Ngartekno, lan didol uga ing pasar domestik lan manca. .
04 Aplikasi saka alloy aluminium bumi langka ing aspek liyane
Nambahake sawetara ewu bumi langka ing paduan casting seri Al Si sing paling akeh digunakake bisa ningkatake kinerja mesin campuran kasebut.Akeh merek produk sing digunakake ing pesawat, kapal, mobil, mesin diesel, motor lan kendaraan lapis baja (piston, gearbox, silinder, instrumentasi lan bagean liyane). Ing riset lan aplikasi, ditemokake yen Sc minangka unsur sing paling efektif kanggo ngoptimalake struktur lan sifat paduan aluminium.Nduweni penguatan dispersi sing kuat, penguatan refinement gandum, penguatan solusi lan efek penguatan microalloy ing aluminium, lan bisa nambah kekuatan, kekerasan, plastisitas, kateguhan, tahan korosi, tahan panas, lan liya-liyane saka alloy.Sc Al seri wesi wis digunakake ing industri teknologi dhuwur kayata aerospace, kapal, sepur kacepetan dhuwur, kendaraan entheng, etc.C557Al Mg Zr Sc seri scandium aluminium alloy dikembangaké dening NASA nduweni kekuatan dhuwur lan suhu dhuwur lan stabilitas suhu kurang lan wis Applied kanggo fuselage pesawat lan pesawat. bagean struktural;Alloy 0146Al Cu Li Sc dikembangaké dening Rusia wis Applied kanggo tank bahan bakar cryogenic pesawat ruang angkasa.
Saka Volume 33, Edisi 1 Rare Earth dening Wang Hui, Yang An lan Yun Qi
Wektu kirim: Jul-05-2023