D'Applikatioun vunseelen Äerdam Goss Aluminiumlegierung gouf fréier am Ausland duerchgefouert.Och wann China d'Fuerschung an d'Applikatioun vun dësem Aspekt nëmmen an den 1960er ugefaang huet, huet et sech séier entwéckelt.Vill Aarbecht gouf gemaach vun Mechanismus Fuerschung ze praktesch Applikatioun, an e puer Leeschtunge goufen gemaach.Mat der Zousätzlech vun seelen Äerd Elementer, déi mechanesch Eegeschaften, Goss Eegeschaften an elektresch Eegeschafte vun Al Alliagen goufen staark verbessert.Am Beräich vun nei Materialien, déi räich opteschen, elektresch a magnetesch Eegeschafte vun seelen Äerd Elementer spillen och eng wichteg Roll an selten Äerd permanent Magnéitfeld Material ze maachen, seelen Äerd Liichtjoer Material, seelen Äerd Wasserstoff Stockage Materialien, etc.
◆ ◆ Aktiounsmechanismus vu rare Äerd an Aluminium an Aluminiumlegierung ◆ ◆
Selten Äerd huet héich chemesch Aktivitéit, niddereg Potenzial a speziell Elektronenschichtarrangement, a ka mat bal all Elementer interagéieren.lanthanum), Ce (cerium), Y (yttrium) und Sc (scandium).Si ginn dacks an d'Aluminiumflëssegkeet mat Modifikateuren, Nukleatiounsmëttelen an Entgasungsmëttelen bäigefüügt, déi d'Schmelz pure kënnen, d'Struktur verbesseren, d'Getreide verfeineren, asw.
01Reinigung vu rare Äerd
Well eng grouss Quantitéit vu Gas- an Oxid-Inklusiounen (haaptsächlech Waasserstoff, Sauerstoff a Stickstoff) während der Schmelz a Goss vun der Aluminiumlegierung agefouert ginn, wäerte Pinholes, Rëss, Inklusiounen an aner Mängel am Guss optrieden (kuckt Figur 1a), reduzéiert d'Stäerkt vun Al durchgang. D'Rengung Effekt vun rar Äerd ass haaptsächlech manifestéiert an der evident Reduktioun vun Waasserstoff Inhalt am geschmoltenem Al, der Reduktioun vun pinhole Taux an porosity (kuckt Figur 1b), an der Reduktioun vun inclusions a schiedlech Elementer. Grond ass datt selten Äerd eng grouss Affinitéit mat Waasserstoff huet, déi Waasserstoff a grousse Quantitéite absorbéieren an opléise kann a stabil Verbindungen bilden ouni Blasen ze bilden, sou datt de Waasserstoffgehalt an d'Porositéit vum Aluminium wesentlech reduzéiert gëtt; Selten Äerd a Stickstoff bilden refractaire Verbindungen, déi sinn meeschtens a Form vu Schlacken am Schmelzprozess ewechgeholl, fir den Zweck vun der Reinigung vun der Aluminiumflëssegkeet z'erreechen.
Praxis huet bewisen datt selten Äerd den Effekt huet fir den Inhalt vu Waasserstoff, Sauerstoff a Schwefel an Aluminium an Aluminiumlegierungen ze reduzéieren.0,1% ~ 0,3% RE an Aluminiumflëssegkeet bäidroen ass hëllefräich fir schiedlech Gëftstoffer besser ze entfernen, Gëftstoffer ze verfeineren oder hir Morphologie z'änneren, sou datt d'Käre raffinéiert a gläichméisseg verdeelen; Zousätzlech bilden RE a schiedlech Gëftstoffer mat nidderegem Schmelzpunkt binär Verbindungen wéi z. RES, REAs, an REPb, déi duerch héije Schmelzpunkt, gerénger Dicht a stabile chemeschen Eegeschafte charakteriséiert sinn, a kënne schwiewen fir Schlacken ze bilden an ewechzehuelen, sou datt d'Aluminiumflëssegkeet purifizéieren; Déi verbleiwen fein Partikel ginn heterogen Käre vun Aluminium fir ze raffinéieren Kären.
Fig. 1 SEM Morphologie vun 7075 Legierung ouni RE a w (RE) = 0,3%
a.RE gëtt net dobäigesat;b.Add w (RE) = 0,3%
02Metamorphismus vu rare Äerd
Selten Äerdmodifikatioun ass haaptsächlech manifestéiert an der Verfeinerung vu Kären an Dendriten, hemmt d'Erscheinung vun enger grober lamellarer T2 Phase, eliminéiert déi grob massiv Phase, déi am primäre Kristall verdeelt ass a kugelfërmeg Phase bilden, sou datt de Sträif a Fragmentverbindungen op der Kärgrenz wesentlech reduzéiert ginn. (kuckt Figur 2). Allgemeng ass de Radius vum seltenen Äerdatom méi grouss wéi dee vum Aluminiumatom, a seng Eegeschafte si relativ aktiv.Schmelzen an Aluminiumflëssegkeet ass ganz einfach d'Uewerflächendefekter vun der Legierungsphase ze fëllen, wat d'Uewerflächespannung op der Interface tëscht neien an alen Phasen reduzéiert, a verbessert de Wuesstumsrate vum Kristallkär; Zur selwechter Zäit kann et och eng Uewerfläch bilden aktive Film tëscht de Kären an der geschmollte Flëssegkeet fir de Wuesstum vun de generéierte Kären ze verhënneren an d'Legierungsstruktur ze verfeineren (kuckt Figur 2b).
Fig. 2 Mikrostruktur vun Alliagen mat verschiddene RE Zousaz
a.RE Doséierung ass 0;b.RE Zousatz ass 0,3%;c.RE Zousatz ass 0,7%
No der bäigefüügt vun seltenen ÄerdelementerαD'Käre vun der (Al) Phase hunn ugefaang méi kleng ze ginn, wat eng Roll bei der Verfeinerung vu Käre gespillt huetα(Al) transforméiert an eng kleng Rous oder Staangform, wann den Inhalt vu rare Äerd 0,3%α D'Korngréisst vun (Al) ) Phase ass déi klengst, a lues a lues erop mat der weiderer Erhéijung vun selten Äerd Inhalt.Experimenter hu bewisen, datt et eng gewëssen Inkubatiounsperiod fir selten Äerd Metamorphismus ass, an nëmmen wann et bei enger héijer Temperatur fir eng gewëssen Zäit gehale gëtt, selten Äerd wäert déi gréisste Roll an der Metamorphismus spillen.Zousätzlech hëlt d'Zuel vun de Kristallkäre vun de Verbindungen, déi duerch Aluminium a selten Äerd geformt ginn, staark erop wann d'Metall kristalliséiert, wat och d'Legierungsstruktur raffinéiert mécht.D'Fuerschung weist datt seelen Äerd gutt huet. Modifikatioun Effekt op Al durchgang.
03 Mikrolegierungseffekt vu rare Äerd
Selten Äerd existéiert haaptsächlech an Aluminium an Aluminiumlegierungen an dräi Formen: zolidd Léisung an der Matrixα(Al);Segregatioun an der Phasegrenz, Korngrenz an Dendritgrenz; Fest Léisung an oder a Form vu Verbindung.D'Verstäerkungseffekter vun seltener Äerd an Aluminiumlegierungen enthalen haaptsächlech d'Verstäerkung vun der Kärverfeinerung, d'finite Léisungsstäerkung an d'zweet Phase Verstäerkung vu rare Äerdverbindungen.
D'Existenzform vu rare Äerd an Aluminium an Aluminiumlegierung ass enk mat senger Zousatzbetrag verbonnen.Allgemeng, wann RE Inhalt manner wéi 0,1% ass, ass d'Roll vun RE haaptsächlech feinkornverstäerkung a endlech Léisungsstäerkung; Wann RE Inhalt 0,25% ~ 0,30% ass, bilden RE an Al eng grouss Zuel vu kugelfërmeg oder kuerze Staang wéi intermetallesche Verbindungen , déi an der Getreide- oder Kärgrenz verdeelt sinn, an eng grouss Unzuel vun Dislokatiounen, feinkorn spheroidiséierte Strukturen a verspreete rare Äerdverbindungen erschéngen, déi Mikrolegierungseffekter wéi zweet Phase Verstäerkung produzéieren.
◆ ◆ Effekt vun selten Äerd op Eegeschafte vun Al an Al durchgang ◆◆
01 Effekt vun selten Äerd op ëmfaassend mechanesch Eegeschafte vun durchgang
D'Kraaft, d'Härheet, d'Verlängerung, d'Frakturzähegkeet, d'Verschleißbeständegkeet an aner ëmfaassend mechanesch Eegeschafte vun der Legierung kënne verbessert ginn andeems en entspriechend Betrag vun selten Äerd addéiert.bvun 205,9 MPa bis 274 MPa, an HB vun 80 bis 108; 0,42% Sc op 7005 Legierung bäizefügenσberopgaang vun 314MPa op 414MPa,σ0.2erhéicht vun 282MPa op 378MPa, d'Plastizitéit erhéicht vu 6,8% op 10,1%, an d'Héichtemperaturstabilitéit gouf wesentlech verbessert; La a Ce kënnen d'Superplastizitéit vun der Legierung wesentlech verbesseren.0.14% ~ 0.64% La zu Al-6Mg-0.5Mn Legierung bäidréit erhéicht d'Superplastizitéit vu 430% op 800% ~ 1000%; Eng systematesch Studie vun der Al Si Legierung weist datt d'Ausbezuelkraaft an d'ultimativ Spannkraaft vun der Legierung immens ka sinn verbessert andeems en passenden Betrag vun Sc.Fig.3 weist d'SEM Erscheinung vu Spannbroch vun Al-Si7-Mg0.8Legierung, wat beweist datt et eng typesch brécheg Spaltfraktur ouni RE ass, während no 0,3% RE dobäi ass, erschéngt evident Dimple Struktur an der Fraktur, wat beweist datt et gutt Zähegkeet an Duktilitéit huet.
Fig. 3 Tensile Fraktur Morphologie
a.Net ugeschloss RE;b.Dobäizemaachen 0,3% RE
02Effekt vun selten Äerd op héich Temperatur Eegeschafte vun Alliagen
Dobäizemaachen eng gewësse Quantitéit vunseelen Äerdan Aluminiumlegierung kann effektiv d'Héichtemperaturoxidatiounsresistenz vun der Aluminiumlegierung verbesseren. 1% ~ 1,5% gemëschte rare Äerd op d'Goss Al Si eutektesch Legierung erhéijen d'Héichtemperaturkraaft ëm 33%, d'Héichtemperatur-Réckstäerkt (300 ℃, 1000 Stonnen) ëm 44%, an d'Verschleißbeständegkeet an d'Héichtemperaturstabilitéit si wesentlech verbessert; La, Ce, Y a Mischmetal derbäi fir Al Cu Legierungen ze setzen, kënnen d'Héichtemperatureigenschaften vun den Legierungen verbesseren; De séier verstäerkten Al-8.4% Fe-3,4% Ce Legierung kann fir eng laang Zäit ënner 400 ℃ schaffen, d'Aarbechtstemperatur vun der Aluminiumlegierung staark verbesseren; Sc gëtt an d'Al Mg Si Legierung bäigefüügt fir Al ze bilden3Sc Partikelen, déi net einfach bei héijer Temperatur ze gräifen a mat der Matrix kohären, fir d'Korngrenz ze pinnéieren, sou datt d'Legierung eng onkristalliséiert Struktur während der Glühung behält, an d'Héichtemperatureigenschaften vun der Legierung staark verbessert.
03 Effekt vun selten Äerd op optesch Eegeschafte vun Alliagen
Selten Äerd an Aluminiumlegierung bäidroen kann d'Struktur vu sengem Uewerflächoxidfilm änneren, wat d'Uewerfläch méi hell a schéin mécht. 92%; Wann 0,1% ~ 0,3% RE zu Al Mg Goss Aluminiumlegierung bäigefüügt ass, kann d'Legierung déi bescht Surface Finish a Glanzhaltegkeet kréien.
04 Effekt vun rar Äerd op elektresch Eegeschafte vun Alliagen
D'Addéiere vun RE zu héichreiniger Aluminium ass schiedlech fir d'Konduktivitéit vun der Legierung, awer d'Konduktivitéit kann zu engem gewësse Mooss verbessert ginn andeems en entspriechend RE fir industriell pure Aluminium an Al Mg Si konduktiv Legierungen addéiert. D'experimentell Resultater weisen datt d'Konduktivitéit vum Aluminium kann duerch 2% ~ 3% verbessert ginn andeems 0,2% RE.Addéiere vun enger klenger Quantitéit vun yttrium räiche rare Äerd an Al Zr Legierung kann d'Konduktivitéit vun der Legierung verbesseren, déi vun de meescht Hausdraadfabriken ugeholl gouf; zu héich-Rengheet Al ze Al RE Folie capacitor maachen.Wann se an 25kV Produkter benotzt gëtt, gëtt de Kapazitéitindex verduebelt, d'Kapazitéit pro Eenheetsvolumen gëtt ëm 5 Mol erhéicht, d'Gewiicht gëtt ëm 47% reduzéiert, an de Kondensatorvolumen ass wesentlech reduzéiert.
05Effekt vun selten Äerd op Corrosion Resistenz vun Alloy
An e puer Service Ëmfeld, virun allem an der Präsenz vun Chlorid-Ionen, Legierungen sinn vulnérabel fir corrosion, Spalt corrosion, Stress corrosion an corrosion midd.Et gëtt festgestallt, datt d'adäquate Betrag vun seltenen Äerd zu Aluminiumlegierungen effektiv hir Korrosiounsbeständegkeet verbesseren kann. Joer.D'Resultater weisen datt eng kleng Quantitéit vu seltenen Äerden zum Aluminium bäidroe kann d'Korrosiounsbeständegkeet vun Aluminium verbesseren, an d'Korrosiounsbeständegkeet a Salzwaasser a kënschtlech Mierwaasser ass 24% respektiv 32% méi héich wéi dee vun Aluminium; selten Äerd Multi-Komponent penetrant (La, Ce, etc.), kann eng Schicht vun seelen Äerd Konversioun Film op der Uewerfläch vun 2024 durchgang geformt ginn, mécht d'Uewerfläch Elektroden Potential vun Al durchgang éischter eenheetlech, an d'Resistenz ze verbesseren intergranular corrosion a Stress corrosion; La zu héich Mg Aluminiumlegierung bäidroen kann d'Anti-Marine-Korrosiounsfäegkeet vun der Legierung wesentlech verbesseren; 1,5% ~ 2,5% Nd zu Aluminiumlegierungen derbäi kann d'Héichtemperaturleistung, d'Loftdichtheet an d'Korrosiounsbeständegkeet vun der Alliagen, déi wäit als Raumfaartmaterial benotzt ginn.
◆ ◆ Virbereedung Technologie vun selten Äerd Al durchgang ◆ ◆
Selten Äerd gëtt meeschtens a Form vu Spuerelementer an Aluminiumlegierungen an aner Legierungen bäigefüügt.Selten Äerd huet héich chemesch Aktivitéit, héije Schmelzpunkt, an ass einfach ze oxidéieren a bei héijen Temperaturen verbrannt ginn.Dëst huet e puer Schwieregkeeten an der Virbereedung an Uwendung vun selten Äerd Al alloys verursaacht.An der laangfristeg experimentell Fuerschung, Leit weider d'Virbereedung Methode vun selten Äerd Al alloys ze Entdeckung.Am Moment, d'Haaptrei Produktioun Methoden fir seelen Äerd Al Alliagen virbereeden si Mëschungsmethod, geschmollte Salzelektrolysemethod an aluminothermesch Reduktiounsmethod.
01 Mëschung Method
Gemëscht Schmelzmethod ass selten Äerd oder gemëscht selten Äerdmetall an Héichtemperatur-Aluminiumflëssegkeet am Verhältnis ze addéieren fir d'Meeschterlegierung oder d'Applikatiounslegierung ze maachen, an dann d'Meeschterlegierung an de verbleiwen Aluminium ze schmëlzen no der berechent Erléisung zesummen, ganz réieren a raffinéieren .
02 Elektrolyse
D'geschmolzen Salz electrolysis Method ass selten Äerd Oxid oder selten Äerd Salz an der industrieller Al electrolytic Zell dobäi an electrolyze mat Al Oxid selten Äerd Al durchgang ze produzéieren. Molten Salz electrolysis Method huet relativ séier an China entwéckelt.Allgemeng ginn et zwee Weeër, nämlech flësseg Kathode Method an elektrolytesch eutektoid Method.Am Moment ass et entwéckelt ginn datt selten Äerdverbindungen direkt an industriell Aluminiumelektrolytesch Zellen bäigefüügt ginn, a selten Äerdaluminiumlegierungen kënnen duerch Elektrolyse vu Chlorid Schmelzen duerch eutectoid Method produzéiert ginn.
03 Aluminiumthermesch Reduktiounsmethod
Well Aluminium eng staark Reduktiounsfäegkeet huet, an Aluminium kann eng Vielfalt vun intermetallesche Verbindunge mat seltenen Äerd bilden, kann Aluminium als Reduzéierungsmëttel benotzt ginn fir selten Äerd Aluminiumlegierungen ze preparéieren. D'Haaptchemesch Reaktiounen ginn an der folgender Formel gewisen:
RE2O3+ 6Al→2REAl2+ Al2O3
Ënner hinnen, selten Äerdoxid oder selten Äerd räich Schlacken kënnen als selten Äerd Rohmaterial benotzt ginn; D'Reduktiounsmëttel kann industriell pure Aluminium oder Siliziumaluminium sinn; D'Reduktiounstemperatur ass 1400 ℃ ~ 1600 ℃. eraus ënner der Bedingung vun der Existenz vun Heizungsmëttel a Flux, an héich Reduktiounstemperatur géif vill Problemer verursaachen;An de leschte Joren hunn d'Fuerscher eng nei aluminothermesch Reduktiounsmethod entwéckelt.Bei enger niddereger Temperatur (780 ℃) gëtt d'aluminothermesch Reduktiounsreaktioun am System vu Natriumfluorid a Natriumchlorid ofgeschloss, wat d'Problemer vermeit, déi vun der ursprénglecher Héichtemperatur verursaacht ginn.
◆ ◆ Applikatioun Fortschrëtter vun seelen Äerd Al durchgang ◆ ◆
01 Uwendung vun selten Äerd Al durchgang an Muecht Industrie
Wéinst de Virdeeler vu gudder Konduktivitéit, grousser Stroumtragkapazitéit, héijer Kraaft, Verschleisbeständegkeet, einfacher Veraarbechtung a laanger Liewensdauer, kann selten Äerd Aluminiumlegierung benotzt ginn fir Kabelen, Overhead-Transmissiounslinnen, Drotkären, Rutschdrähte an dënn Drot fir ze fabrizéieren. speziell Zwecker.D'Addéiere vun enger klenger Quantitéit vun RE am Al Si Legierungssystem kann d'Konduktivitéit verbesseren, wat ass well de Silizium an der Aluminiumlegierung en Gëftstoffelement mat engem héijen Inhalt ass, wat e méi groussen Impakt op d'elektresch Eegeschaften huet.Eng entspriechend Quantitéit vu seltenen Äerd bäizefügen kann déi existent Morphologie a Verdeelung vu Silizium an der Legierung verbesseren, wat effektiv d'elektresch Eegeschafte vun Aluminium verbesseren kann; Eng kleng Quantitéit vun Yttrium oder Yttrium räich gemëschte selten Äerd an den Hëtztbeständeg Aluminiumlegierungsdraht derbäisetzen kann net nëmme gutt Héichtemperaturleistung erhalen, awer och d'Konduktivitéit verbesseren; Selten Äerd kann d'Spannkraaft, d'Hëtztbeständegkeet an d'Korrosiounsbeständegkeet vum Aluminiumlegierungssystem verbesseren.Kabelen an Dirigenten aus seltener Äerd Aluminiumlegierung kënnen d'Spann vum Kabeltuerm erhéijen an d'Liewensdauer vu Kabelen verlängeren.
02Uwendung vun selten Äerd Aluminiumlegierung an der Bauindustrie
6063 Aluminiumlegierung ass am meeschte verbreet an der Bauindustrie.Dobäizemaachen 0,15% ~ 0,25% selten Äerd kann als Goss Struktur an Veraarbechtung Struktur wesentlech verbesseren, a kann d'extrusion Leeschtung, Hëtzt Behandlung Effekt, mechanesch Eegeschafte, corrosion Resistenz, Uewerfläch Behandlung Leeschtung a Faarf Tonalitéit verbesseren. haaptsächlech verdeelt an 6063 Aluminiumlegierungα-Al neutraliséiert d'Phasegrenz, d'Korngrenz an d'interdendritesch, a si ginn a Verbindungen opgeléist oder existéieren a Form vu Verbindungen fir d'Dendritstruktur a Kären ze raffinéieren, sou datt d'Gréisst vum ongeléisten Eutektik an d'Gréisst vun der Gruef am Gruefberäich däitlech méi kleng ginn, d'Verdeelung ass eenheetlech, an d'Dicht erhéicht, sou datt déi verschidden Eegeschafte vun der Legierung a variabelen Grad verbessert ginn.Zum Beispill gëtt d'Stäerkt vum Profil ëm méi wéi 20% erhéicht, d'Verlängerung gëtt ëm 50% erhéicht, an d'Korrosiounsquote gëtt ëm méi wéi zweemol reduzéiert, D'Dicke vum Oxidfilm erhéicht ëm 5% ~ 8%, an der Faarf Propriétéit vergréissert vun ongeféier 3%.Dofir, RE-6063 durchgang Gebai Profiler sinn wäit benotzt.
03Uwendung vun selten Äerd Aluminiumlegierung an alldeegleche Produkter
Spuer selten Äerd zu reng Aluminium an Al Mg Serie Aluminiumlegierungen fir deegleche Gebrauch Aluminiumprodukter ze addéieren kënnen d'mechanesch Eegeschaften, déif Zeechnungseigenschaften an d'Korrosiounsbeständegkeet wesentlech verbesseren. Aluminium Miwwelstützen, Aluminium Veloen, an Hausgerätsdeeler aus Al Mg RE Legierung hu méi wéi zweemol d'Korrosiounsbeständegkeet, 10% ~ 15% Gewiichtsreduktioun, 10% ~ 20% Ausbezuelungserhéijung, 10% ~ 15% Produktiounskäschte Reduktioun, a besser déif Zeechnen an déif Veraarbechtung Leeschtung Verglach mat Al durchgang Produiten ouni seelen earth.Am Moment, sinn déi alldeeglech Noutwendegkeete vun selten Äerd Al durchgang oft benotzt ginn, an d'Produkter hu bedeitend eropgaang, a si gutt an den Gewalt an auslännesch Mäert verkaf. .
04 Uwendung vun selten Äerd Aluminiumlegierung an aneren Aspekter
Dobäi e puer dausendstel vun seelen Äerd am meeschte verbreet Al Si Serie Lous Legierung kann d'machining Leeschtung vun der durchgang bedeitend verbesseren.Vill Marke vu Produkter goufen a Fligeren, Schëffer, Autoen, Dieselmotoren, Motorrieder a gepanzerten Gefierer (Piston, Gearbox, Zylinder, Instrumentatioun an aner Deeler) benotzt. optiméiert d'Struktur an d'Eegeschafte vun Aluminiumlegierungen.Et huet eng staark Dispersiounsstäerkung, Getreideverstäerkung, Léisungsverstäerkung a Mikrolegierungsstäerkung Effekter op Aluminium, a kann d'Kraaft, Hardness, Plastizitéit, Zähegkeet, Korrosiounsbeständegkeet, Hëtztbeständegkeet, etc. vun Alliagen verbesseren. High-Tech Industrien wéi Loftfaart, Schëffer, Héich-Vitesse Zich, liicht Gefierer, etc.C557Al Mg Zr Sc Serie Scandium Aluminiumlegierung entwéckelt vun der NASA huet héich Stäerkt an héich Temperatur an niddreg Temperaturstabilitéit a gouf fir Fligeren a Fligeren applizéiert. strukturell Deeler; D'0146Al Cu Li Sc Legierung entwéckelt vu Russland gouf op de kryogene Brennstofftank vu Raumschëff applizéiert.
Vum Volume 33, Issue 1 vun Rare Earth vum Wang Hui, Yang An a Yun Qi
Post Zäit: Jul-05-2023