қолданбасысирек жерАлюминий қорытпасын құюда бұрын шетелде жүзеге асырылған.Қытай бұл аспектіні зерттеу мен қолдануды тек 1960 жылдары бастағанымен, қарқынды дамыды.Механизмді зерттеуден практикалық қолдануға дейін көптеген жұмыстар атқарылды, кейбір жетістіктерге қол жеткізілді. Сирек жер элементтерін қосу арқылы алюминий қорытпаларының механикалық қасиеттері, құю қасиеттері және электрлік қасиеттері айтарлықтай жақсарды. жаңа материалдар, сирек жер элементтерінің бай оптикалық, электрлік және магниттік қасиеттері де сирек жерді тұрақты магниттік материалдарды, сирек жерді жарық шығаратын материалдарды, сирек жер сутегі сақтау материалдарын және т.б. жасауда маңызды рөл атқарады.
◆ ◆ Алюминий мен алюминий қорытпасындағы сирек жердің әсер ету механизмі ◆ ◆
Сирек жердің жоғары химиялық белсенділігі, төмен потенциалы және арнайы электронды қабатының орналасуы бар және барлық дерлік элементтермен әрекеттесе алады.Алюминий мен алюминий қорытпаларында жиі қолданылатын сирек топырақтарға La (лантан), Ce (церий), Y (иттрий) және Sc (скандий).Олар көбінесе алюминий сұйықтығына модификаторлармен, ядролық агенттермен және дегазациялаушы агенттермен қосылады, олар балқыманы тазартады, құрылымын жақсартады, дәнді тазартады және т.б.
01Сирек жерді тазарту
Алюминий қорытпасын балқыту және құю кезінде газ және оксидті қосындылардың (негізінен сутегі, оттегі және азот) көп мөлшері түсетіндіктен, құюда саңылаулар, жарықтар, қосындылар және басқа ақаулар пайда болады (1а суретті қараңыз), алюминий қорытпасының беріктігі. Сирек жердің тазарту әсері негізінен балқытылған алюминийдегі сутегінің мөлшерінің айқын төмендеуінен, саңылаулар жылдамдығы мен кеуектіліктің төмендеуінен (1б-суретті қараңыз) және қоспалар мен зиянды элементтердің азаюында көрінеді. Негізгі себебі сирек жердің сутегімен үлкен жақындығы бар, ол сутекті көп мөлшерде сіңіріп, еріте алады және көпіршіктер түзбей тұрақты қосылыстар түзе алады, осылайша алюминийдің сутегі құрамы мен кеуектілігін айтарлықтай төмендетеді;Сирек жер мен азот отқа төзімді қосылыстар түзеді, олар негізінен алюминий сұйықтығын тазарту мақсатына жету үшін балқыту процесінде шлак түрінде жойылады.
Тәжірибе сирек жердің алюминий мен алюминий қорытпаларындағы сутегінің, оттегінің және күкірттің мөлшерін азайтуға әсер ететінін дәлелдеді.Алюминий сұйықтығына 0,1% ~ 0,3% RE қосу зиянды қоспаларды жақсырақ кетіруге, қоспаларды тазартуға немесе дәндерді тазартуға және біркелкі бөлуге олардың морфологиясын өзгертуге көмектеседі; Сонымен қатар, RE және төмен балқу температурасы бар зиянды қоспалар екілік қосылыстар түзеді, мысалы Жоғары балқу температурасымен, төмен тығыздығымен және тұрақты химиялық қасиеттерімен сипатталатын RES, REA және REPb және қож түзу және алып тастау үшін жоғары көтерілуі мүмкін, осылайша алюминий сұйықтығын тазартады; Қалған ұсақ бөлшектер тазарту үшін алюминийдің гетерогенді ядроларына айналады. дәндер.
1-сурет RE және w (RE) = 0,3% жоқ 7075 қорытпасының SEM морфологиясы
а.RE қосылмайды; b.w (RE)=0,3% қосу
02Сирек жердің метаморфизмі
Сирек жердің модификациясы негізінен дәндер мен дендриттерді тазартуда, өрескел пластинкалы T2 фазасының пайда болуын тежеуде, бастапқы кристалда таралған ірі массивті фазаны жоюда және сфералық фазаны қалыптастыруда көрінеді, осылайша астық шекарасындағы жолақ пен фрагмент қосылыстары айтарлықтай азаяды. (2-суретті қараңыз). Әдетте, сирек жер атомының радиусы алюминий атомынан үлкен және оның қасиеттері салыстырмалы түрде белсенді.Алюминий сұйықтығында балқыту қорытпа фазасының беткі ақауларын өте оңай толтырады, бұл жаңа және ескі фазалар арасындағы интерфейстегі беттік керілуді азайтады және кристалдық ядроның өсу жылдамдығын жақсартады; Сонымен бірге ол сонымен қатар бетті құра алады. түзілген дәндердің өсуін болдырмау және қорытпа құрылымын нақтылау үшін дәндер мен балқытылған сұйықтық арасындағы белсенді қабықша (2б суретті қараңыз).
2-сурет Әртүрлі RE қосындылары бар қорытпалардың микроқұрылымы
а.RE дозасы 0;b.RE қосу 0,3%;c.RE қосу 0,7%
Сирек жер элементтерін қосқаннан кейін α (Al) фазасының дәндері кішірейе бастады, бұл дәндерді тазартуда рөл атқардыα (Al) сирек жердің мөлшері 0,3% α болған кезде кішкентай раушан немесе таяқша пішініне айналды. ) фазасы ең кіші болып табылады және сирек жер құрамының одан әрі ұлғаюымен бірте-бірте өседі. Тәжірибелер сирек жер метаморфизмінің белгілі бір инкубациялық кезеңі бар екенін және оны белгілі бір уақыт аралығында жоғары температурада ұстағанда ғана, Метаморфизмде сирек жер ең үлкен рөл атқарады.Сонымен қатар, алюминий мен сирек жер түзетін қосылыстардың кристалдық ядроларының саны металл кристалданған кезде айтарлықтай артады, бұл да қорытпа құрылымын тазартады. Зерттеулер сирек жердің жақсы қасиеттері бар екенін көрсетеді. алюминий қорытпасына модификациялық әсері.
03 Сирек жердің микроқорытпалық әсері
Сирек жер негізінен алюминий мен алюминий қорытпаларында үш түрде болады: матрицадағы қатты ерітінді (Al); Фазалық шекарада, түйіршік шекарасында және дендрит шекарасында сегрегация; Қатты ерітінді қосылыстағы немесе түрінде. алюминий қорытпалары негізінен астықты тазартуды, соңғы ерітіндіні нығайтуды және сирек жер қосылыстарының екінші фазасын күшейтуді қамтиды.
Алюминий мен алюминий қорытпасындағы сирек жердің болуы оның қосылу мөлшерімен тығыз байланысты.Әдетте, RE мазмұны 0,1% -дан аз болса, RE рөлі негізінен ұсақ түйіршіктерді нығайту және ақырғы ерітіндіні нығайту болып табылады; RE мазмұны 0,25% ~ 0,30% болғанда, RE және Al металаралық қосылыстар сияқты көптеген сфералық немесе қысқа таяқшаларды құрайды. , астық немесе астық шекарасында таралған және көптеген дислокациялар, ұсақ түйіршікті сфероидталған құрылымдар және дисперсті сирек жер қосылыстары пайда болады, бұл екінші фазаны күшейту сияқты микро легирлеуші әсерлерді береді.
◆ ◆ Сирек кездесетін жердің алюминий мен алюминий қорытпасының қасиеттеріне әсері ◆◆
01 Сирек жердің қорытпаның механикалық қасиеттеріне әсері
Қорытпаның беріктігін, қаттылығын, ұзаруын, сынуға төзімділігін, тозуға төзімділігін және басқа да жан-жақты механикалық қасиеттерін сирек жердің тиісті мөлшерін қосу арқылы жақсартуға болады. ZL10 сериялы қорытпасына құйылған алюминийге 0,3% RE қосыладыσb205,9 МПа-дан 274 МПа-ға дейін және HB 80-ден 108-ге дейін;7005 қорытпасына 0,42% Sc қосуσb314МПа-дан 414МПа,σ-ға дейін өсті0.2282МПа-дан 378МПа-ға дейін өсті, пластикалық 6,8%-дан 10,1%-ға дейін өсті және жоғары температура тұрақтылығы айтарлықтай жақсарды;La және Ce қорытпаның суперпластиктілігін айтарлықтай жақсарта алады.Al-6Mg-0,5Mn қорытпасына 0,14% ~ 0,64% La қосу супер икемділікті 430% -дан 800% ~ 1000% -ға дейін арттырады; Al Si қорытпасын жүйелі зерттеу қорытпаның аққыштық күші мен соңғы созылу беріктігінің айтарлықтай болуы мүмкін екенін көрсетеді. Sc. суреттің сәйкес мөлшерін қосу арқылы жақсартылды.3 Al-Si7-Mg созылу сынуының SEM көрінісін көрсетеді0,8қорытпа, бұл оның RE жоқ типтік сынғыш сынық екенін көрсетеді, ал 0,3% RE қосылғаннан кейін сынықта айқын шұңқырлы құрылым пайда болады, бұл оның жақсы беріктігі мен иілгіштігін көрсетеді.
3-сурет Созылу сынуы морфологиясы
а.RE;b қосылмаған.0,3% RE қосыңыз
02Сирек жердің қорытпалардың жоғары температуралық қасиеттеріне әсері
Белгілі бір соманы қосусирек жералюминий қорытпасына алюминий қорытпасының жоғары температурада тотығуға төзімділігін тиімді жақсарта алады. Құйылған Al Si эвтектикалық қорытпасына 1% ~ 1,5% аралас сирек жерді қосу жоғары температураның беріктігін 33%, жоғары температураның үзілу беріктігін (300 ℃, 1000 сағат) 44%-ға, ал тозуға төзімділік пен жоғары температураның тұрақтылығы айтарлықтай жақсарды;Al Cu қорытпаларын құюға La, Ce, Y және mischmetal қосу қорытпалардың жоғары температуралық қасиеттерін жақсартуға болады; Тез қататын Al-8,4% Fe-3,4% Ce қорытпасы 400 ℃ төмен ұзақ уақыт жұмыс істей алады, бұл алюминий қорытпасының жұмыс температурасын айтарлықтай жақсартады; Sc Al Mg Si қорытпасына Al түзу үшін қосылады3Жоғары температурада ірілендіру оңай емес Sc бөлшектері және дән шекарасын бекіту үшін матрицамен когерацияланады, осылайша қорытпа күйдіру кезінде қайта кристалданбаған құрылымды сақтайды және қорытпаның жоғары температуралық қасиеттерін айтарлықтай жақсартады.
03 Сирек жердің қорытпалардың оптикалық қасиеттеріне әсері
Алюминий қорытпасына сирек жерді қосу оның беткі оксидті қабықшасының құрылымын өзгерте отырып, бетін жарқын және әдемі етеді. Алюминий қорытпасына 0,12% ~ 0,25% RE қосылған кезде, тотыққан және боялған 6063 профилінің шағылыстыру қабілетіне дейін жетеді. 92%;Al Mg құйылған алюминий қорытпасына 0,1%~0,3% RE қосылғанда, қорытпа ең жақсы бетті әрлеу мен жылтырдың беріктігін ала алады.
04 Сирек жердің қорытпалардың электрлік қасиеттеріне әсері
Жоғары таза алюминийге RE қосу қорытпаның өткізгіштігіне зиянды, бірақ өнеркәсіптік таза алюминий және Al Mg Si өткізгіш қорытпаларға сәйкес RE қосу арқылы өткізгіштік белгілі бір дәрежеде жақсартылуы мүмкін. Тәжірибе нәтижелері алюминийдің өткізгіштігін көрсетеді. 0,2% RE қосу арқылы 2% ~ 3% жақсартуға болады. Al Zr қорытпасына иттрийге бай сирек жердің аз мөлшерін қосу көптеген отандық сым зауыттары қабылдаған қорытпаның өткізгіштігін жақсартуы мүмкін; Сирек жердің ізін қосыңыз Al RE фольга конденсаторын жасау үшін жоғары таза алюминийге дейін.25кВ өнімдерде пайдаланған кезде сыйымдылық индексі екі есе артады, бірлік көлемдегі қуаттылық 5 есе артады, салмағы 47% -ға азаяды, ал конденсатордың көлемі айтарлықтай төмендейді.
05Сирек жердің қорытпаның коррозияға төзімділігіне әсері
Кейбір қызмет көрсету орталарында, әсіресе хлорид иондары болған жағдайда, қорытпалар коррозияға, жарықтар коррозиясына, кернеулі коррозияға және коррозияға шыдамдылыққа бейім. Алюминий қорытпаларының коррозияға төзімділігін арттыру үшін көптеген зерттеулер жүргізілді.Алюминий қорытпаларына сирек жердің тиісті мөлшерін қосу олардың коррозияға төзімділігін тиімді жақсартуы мүмкін екендігі анықталды. Алюминийге сирек кездесетін аралас заттардың әртүрлі мөлшерін (0,1% ~ 0,5%) қосу арқылы жасалған үлгілер үш рет қатарынан тұзды ерітіндіге және жасанды теңіз суына малынған. жылдар.Нәтижелер алюминийге сирек жерлердің аз мөлшерін қосу алюминийдің коррозияға төзімділігін жақсартуға болатындығын көрсетеді, ал тұзды ерітіндідегі және жасанды теңіз суындағы коррозияға төзімділігі алюминийге қарағанда сәйкесінше 24% және 32% жоғары; Химиялық бу әдісін қолдану және қосу сирек жердің көп компонентті енетін (La, Ce және т. түйіршікаралық коррозия және кернеулі коррозия; Жоғары Mg алюминий қорытпасына La қосу қорытпаның теңіз коррозияға қарсы қабілетін айтарлықтай жақсартады; Алюминий қорытпаларына 1,5% ~ 2,5% Nd қосу жоғары температура өнімділігін, ауа өткізбейтіндігін және коррозияға төзімділігін жақсартады. аэроғарыштық материалдар ретінде кеңінен қолданылатын қорытпалар.
◆ ◆ Сирек жер алюминий қорытпасын дайындау технологиясы ◆ ◆
Сирек жер негізінен алюминий қорытпаларында және басқа қорытпаларда микроэлементтер түрінде қосылады.Сирек жердің химиялық белсенділігі жоғары, балқу температурасы жоғары, жоғары температурада оңай тотығады және жағылады.Бұл сирек жер алюминий қорытпаларын дайындау мен қолдануда белгілі бір қиындықтар туғызды. Ұзақ мерзімді эксперименттік зерттеулерде адамдар сирек жер алюминий қорытпаларын дайындау әдістерін зерттеуді жалғастыруда. Қазіргі уақытта сирек жер алюминий қорытпаларын дайындаудың негізгі өндіріс әдістері. араластыру әдісі, балқытылған тұзды электролиз әдісі және алюминотермиялық қалпына келтіру әдісі.
01 Араластыру әдісі
Аралас балқыту әдісі сирек жер немесе аралас сирек жер металын жоғары температуралы алюминий сұйықтығына пропорцияда негізгі қорытпа немесе қолданбалы қорытпа жасау үшін қосу, содан кейін негізгі қорытпа мен қалған алюминийді есептелген рұқсатқа сәйкес бірге балқыту, толығымен араластыру және тазарту. .
02 Электролиз
Балқытылған тұзды электролиз әдісі сирек жер оксиді немесе сирек жер тұзын өнеркәсіптік алюминий электролиттік ұяшығына қосу және сирек жер алюминий қорытпасын алу үшін алюминий оксидімен электролиздеу болып табылады. Балқытылған тұзды электролиз әдісі Қытайда салыстырмалы түрде жылдам дамыды.Жалпы, екі жол бар, атап айтқанда, сұйық катодты әдіс және электролиттік эвтектоидтық әдіс.Қазіргі уақытта сирек жер қосылыстарын өнеркәсіптік алюминий электролиттік ұяшықтарына тікелей қосуға болатындығы, ал сирек жер алюминий қорытпаларын эвтектоидты әдіспен хлоридті балқымаларды электролиздеу арқылы алуға болатыны әзірленді.
03 Алюминотермиялық қалпына келтіру әдісі
Алюминийдің тотықсыздану қабілеті күшті болғандықтан және алюминий сирек жермен әртүрлі металаралық қосылыстарды құра алатындықтан, алюминий сирек жер алюминий қорытпаларын дайындау үшін тотықсыздандырғыш ретінде пайдаланылуы мүмкін. Негізгі химиялық реакциялар келесі формулада көрсетілген:
RE2O3+ 6Al→2REAl2+ Al2O3
Олардың ішінде сирек жер оксиді немесе сирек жерге бай қож сирек жер шикізаты ретінде пайдаланылуы мүмкін; Тотықсыздандырғыш өнеркәсіптік таза алюминий немесе кремний алюминийі болуы мүмкін; Төмендету температурасы 1400 ℃ ~ 1600 ℃. Ерте кезеңде ол тасымалданды. Қыздыру агенті мен ағынының болуы жағдайында және жоғары редукция температурасы көптеген проблемаларды тудырады; Соңғы жылдары зерттеушілер алюминотермиялық қалпына келтірудің жаңа әдісін жасады.Төмен температурада (780 ℃) алюминотермиялық қалпына келтіру реакциясы натрий фториді мен натрий хлориді жүйесінде аяқталады, бұл бастапқы жоғары температурадан туындаған проблемаларды болдырмайды.
◆ ◆ Сирек кездесетін алюминий қорытпасын қолдану барысы ◆ ◆
01 Сирек жер алюминий қорытпасын электр энергетикасында қолдану
Жақсы өткізгіштіктің, үлкен ток өткізу қабілетінің, жоғары беріктіктің, тозуға төзімділіктің, өңдеудің қарапайымдылығының және ұзақ қызмет ету мерзімінің артықшылығына байланысты сирек жер алюминий қорытпасы кабельдерді, әуе электр беру желілерін, сым өзектерін, сырғымалы сымдарды және жұқа сымдарды өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. арнайы мақсаттар. Al Si қорытпасы жүйесіне аздаған РЭҚ қосу өткізгіштікті жақсартуы мүмкін, себебі алюминий қорытпасындағы кремний электрлік қасиеттерге көбірек әсер ететін қоспасы жоғары қоспа элементі болып табылады.Сирек жердің тиісті мөлшерін қосу алюминийдің электрлік қасиеттерін тиімді жақсартуға мүмкіндік беретін қорытпадағы кремнийдің қолданыстағы морфологиясы мен таралуын жақсартуға болады; Ыстыққа төзімді алюминий қорытпасының сымына иттрий немесе иттрийге бай аралас сирек жердің аз мөлшерін қосу Жоғары температураның жақсы өнімділігін сақтап қана қоймай, сонымен қатар өткізгіштікті жақсарта алады; Сирек жер алюминий қорытпасы жүйесінің созылу беріктігін, ыстыққа төзімділігін және коррозияға төзімділігін жақсарта алады.Сирек жер алюминий қорытпасынан жасалған кабельдер мен өткізгіштер кабель мұнарасының аралығын ұзартуға және кабельдердің қызмет ету мерзімін ұзартуға болады.
02Сирек жер алюминий қорытпасын құрылыс индустриясында қолдану
6063 алюминий қорытпасы құрылыс индустриясында кеңінен қолданылады.0,15% ~ 0,25% сирек жерді қосу құйма ретіндегі құрылымды және өңдеу құрылымын айтарлықтай жақсартады және экструзия өнімділігін, термиялық өңдеу әсерін, механикалық қасиеттерді, коррозияға төзімділігін, бетті өңдеу өнімділігін және түс реңкін жақсартуы мүмкін. негізінен 6063 алюминий қорытпасында таралғанα-Al фазалық шекараны, түйіршік шекарасын және интердендритті бейтараптандырады және олар қосылыстарда ерітіледі немесе дендрит құрылымы мен дәндерін тазарту үшін қосылыстар түрінде болады, сондықтан ерімеген эвтектиканың мөлшері мен өлшемі шұңқыр аймағындағы шұңқырлар айтарлықтай кішірейеді, таралуы біркелкі болады және тығыздық артады, осылайша қорытпаның әртүрлі қасиеттері әртүрлі дәрежеде жақсарады.Мысалы, профильдің беріктігі 20% -дан астамға артады, ұзарту 50% -ға артады, ал коррозия жылдамдығы екі еседен көп төмендейді, оксидті қабықшаның қалыңдығы 5% ~ 8% артады және бояу қасиеті шамамен 3%-ға артады.Сондықтан RE-6063 қорытпасының құрылыс профильдері кеңінен қолданылады.
03Сирек жер алюминий қорытпасын күнделікті өнімдерде қолдану
Күнделікті алюминий өнімдеріне таза алюминий және Al Mg сериялы алюминий қорытпаларына сирек кездесетін жерді қосу алюминий өнімдерінің механикалық қасиеттерін, терең тартылу қасиетін және коррозияға төзімділігін айтарлықтай жақсартады. Алюминий кәстрөлдер, алюминий табалар, алюминий табақтар, алюминий түскі ас қораптары сияқты күнделікті қажеттіліктер, алюминий жиһаз тіректері, алюминий велосипедтері және Al Mg RE қорытпасынан жасалған тұрмыстық техника бөлшектері коррозияға екі еседен астам төзімділікке ие, салмағы 10% ~ 15% төмендейді, кірістілік 10% ~ 20% артады, өндіріс құны 10% ~ 15% төмендейді, және сирек жерсіз алюминий қорытпасынан жасалған бұйымдармен салыстырғанда жақсы терең сызу және терең өңдеу өнімділігі. Қазіргі уақытта сирек жер алюминий қорытпасының күнделікті қажеттіліктері кеңінен қолданылды және өнімдер айтарлықтай өсті және ішкі және сыртқы нарықтарда жақсы сатылуда. .
04 Сирек жер алюминий қорытпасын басқа аспектілерде қолдану
Ең көп қолданылатын Al Si сериялы құйма қорытпасына сирек жердің бірнеше мыңнан бір бөлігін қосу қорытпаның өңдеу өнімділігін айтарлықтай жақсарта алады.Өнімдердің көптеген брендтері ұшақтарда, кемелерде, автомобильдерде, дизельдік қозғалтқыштарда, мотоциклдерде және броньды машиналарда (поршень, беріліс қорабы, цилиндр, аспаптар және басқа бөлшектер) қолданылған. Зерттеулер мен қолдануда Sc ең тиімді элемент екені анықталды. алюминий қорытпаларының құрылымы мен қасиеттерін оңтайландыру.Ол күшті дисперсияны күшейтеді, дәнді тазартуды күшейтеді, ерітіндіні күшейтеді және алюминийге микроқорытпаны күшейтеді және қорытпалардың беріктігін, қаттылығын, пластикасын, қаттылығын, коррозияға төзімділігін, ыстыққа төзімділігін және т.б. жақсартады. Sc Al сериясының қорытпалары аэроғарыш, кемелер, жүрдек пойыздар, жеңіл көліктер және т.б. сияқты жоғары технологиялық салалар. NASA әзірлеген C557Al Mg Zr Sc сериялы скандий алюминий қорытпасы жоғары беріктікке, жоғары температураға және төмен температура тұрақтылығына ие және ұшақтың фюзеляжына және ұшақтарына қолданылған. құрылымдық бөліктері; Ресей әзірлеген 0146Al Cu Li Sc қорытпасы ғарыш кемесінің криогенді отын багіне қолданылған.
Ван Хуэй, Ян Ан және Юн Цидің «Сирек жер» 33-томының 1-шығарылымынан
Жіберу уақыты: 05 шілде 2023 ж