Taikymasreta žemėliejant aliuminio lydinį anksčiau buvo atlikta užsienyje.Nors Kinija šio aspekto tyrinėjimus ir taikymą pradėjo tik septintajame dešimtmetyje, jis sparčiai vystėsi.Buvo atlikta daug darbo nuo mechanizmų tyrimų iki praktinio pritaikymo, ir pasiekta tam tikrų laimėjimų. Pridėjus retųjų žemių elementų, aliuminio lydinių mechaninės savybės, liejimo savybės ir elektrinės savybės labai pagerėjo. naujos medžiagos, turtingos retųjų žemių elementų optinės, elektrinės ir magnetinės savybės taip pat vaidina svarbų vaidmenį gaminant retųjų žemių nuolatines magnetines medžiagas, retųjų žemių šviesą skleidžiančias medžiagas, retųjų žemių vandenilio saugojimo medžiagas ir kt.
◆ ◆ Aliuminio ir aliuminio lydinio retųjų žemių veikimo mechanizmas ◆ ◆
Retosios žemės pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu, mažu potencialu ir specialiu elektronų sluoksnių išdėstymu ir gali sąveikauti su beveik visais elementais. Retųjų žemių, dažniausiai naudojamų aliuminiui ir aliuminio lydiniuose, yra La (lantanas), Ce (ceris), Y (itris) ir Sc (skandis).Jie dažnai dedami į aliuminio skystį su modifikatoriais, branduolį formuojančiomis medžiagomis ir degazavimo medžiagomis, kurios gali išvalyti lydalą, pagerinti struktūrą, rafinuoti grūdus ir kt.
01Retųjų žemių valymas
Kadangi lydant ir liejant aliuminio lydinį bus įneštas didelis kiekis dujų ir oksidų intarpų (daugiausia vandenilio, deguonies ir azoto), liejinyje atsiras skylių, įtrūkimų, intarpų ir kitų defektų (žr. 1a pav.), aliuminio lydinio stiprumas.Retųjų žemių gryninimo efektas daugiausia pasireiškia akivaizdžiu vandenilio kiekio išlydytame aliuminyje sumažėjimu, skylučių greičio ir poringumo sumažėjimu (žr. 1b pav.) ir inkliuzų bei kenksmingų elementų sumažėjimu. Priežastis ta, kad retosios žemės turi didelį afinitetą su vandeniliu, kuris gali absorbuoti ir ištirpinti vandenilį dideliais kiekiais ir sudaryti stabilius junginius, nesudarant burbuliukų, taip žymiai sumažinant aliuminio vandenilio kiekį ir poringumą; retosios žemės ir azotas sudaro ugniai atsparius junginius, kurie yra dažniausiai pašalinamas šlako pavidalu lydymosi procese, kad būtų pasiektas aliuminio skysčio gryninimo tikslas.
Praktika įrodė, kad retųjų žemių naudojimas sumažina vandenilio, deguonies ir sieros kiekį aliuminyje ir aliuminio lydiniuose.Į aliuminio skystį įdėjus 0,1–0,3 % RE padeda geriau pašalinti kenksmingas priemaišas, išgryninti priemaišas arba pakeisti jų morfologiją, kad grūdeliai būtų išgryninti ir tolygiai paskirstyti; Be to, RE ir kenksmingos priemaišos, kurių lydymosi temperatūra yra žema, sudaro dvejetainius junginius, pvz. AEI, REA ir REPb, pasižymintys aukšta lydymosi temperatūra, mažu tankiu ir stabiliomis cheminėmis savybėmis ir gali būti išplukdomi iki šlako susidarymo ir pašalinami, taip išvalant aliuminio skystį; Likusios smulkios dalelės tampa nevienalyčiais aliuminio branduoliais, kuriuos reikia gryninti. grūdai.
1 pav. SEM 7075 lydinio morfologija be RE ir w (RE) = 0,3 %
a.RE nepridedamas;b.Pridėti w (RE) = 0,3 %
02Retųjų žemių metamorfizmas
Retųjų žemių modifikacija daugiausia pasireiškia grūdų ir dendritų rafinavimu, stabdant stambios sluoksniuotos T2 fazės atsiradimą, pašalinant stambią masyvią fazę, paskirstytą pirminiame kristale ir formuojant sferinę fazę, todėl juostelių ir fragmentų junginiai prie grūdelių ribos žymiai sumažėja. (žr. 2 pav.).Paprastai retųjų žemių atomo spindulys yra didesnis nei aliuminio atomo, o jo savybės yra gana aktyvios.Lydant aliuminio skystyje, labai lengva užpildyti lydinio fazės paviršiaus defektus, o tai sumažina paviršiaus įtempimą tarp naujų ir senų fazių ir pagerina kristalo branduolio augimo greitį; Tuo pačiu metu jis taip pat gali sudaryti paviršių. aktyvioji plėvelė tarp grūdelių ir išlydyto skysčio, kad būtų išvengta susidarančių grūdelių augimo ir patobulinta lydinio struktūra (žr. 2b pav.).
2 pav. Lydinių su skirtingu RE priedu mikrostruktūra
a.RE dozė yra 0;b.RE pridėjimas yra 0,3 %;c.RE priedas yra 0,7%
Pridėjus retųjų žemių elementųα (Al) fazės grūdeliai pradėjo mažėti, o tai suvaidino vaidmenį rafinuojant grūdusα (Al), paverstus mažos rožės ar lazdelės pavidalu, kai retųjų žemių kiekis yra 0,3 %α (Al) grūdelių dydis ) fazė yra mažiausia ir palaipsniui didėja toliau didėjant retųjų žemių kiekiui. Eksperimentais įrodyta, kad retųjų žemių metamorfizmui yra tam tikras inkubacinis periodas ir tik tam tikrą laiką laikant aukštoje temperatūroje, retųjų žemių metamorfizme vaidins didžiausią vaidmenį. Be to, kristalizuojant metalui labai padidėja junginių, sudarytų iš aliuminio ir retųjų žemių, kristalų branduolių skaičius, todėl lydinio struktūra taip pat rafinuota. Tyrimai rodo, kad retųjų žemių modifikavimo poveikis aliuminio lydiniui.
03 Retųjų žemių mikrolydinimo efektas
Retųjų žemių daugiausia aliuminio ir aliuminio lydiniuose yra trijų formų: kietas tirpalas matricoje α (Al); segregacija ties fazės riba, grūdelių riba ir dendrito riba; kietas tirpalas junginio pavidalu. Retųjų žemių stiprinantis poveikis aliuminio lydiniai daugiausia apima grūdų rafinavimo stiprinimą, galutinio tirpalo stiprinimą ir antrosios fazės retųjų žemių junginių stiprinimą.
Retųjų žemių buvimas aliuminyje ir aliuminio lydinyje yra glaudžiai susijęs su jo pridėjimu.Paprastai, kai RE kiekis yra mažesnis nei 0,1%, RE vaidmuo daugiausia yra smulkių grūdelių stiprinimas ir galutinio tirpalo stiprinimas; Kai RE kiekis yra 0,25% ~ 0,30%, RE ir Al sudaro daugybę sferinių arba trumpų strypų, panašių į intermetalinius junginius. , kurie pasiskirsto grūdų ar grūdų ribose, ir atsiranda daug dislokacijų, smulkiagrūdžių sferoidinių struktūrų ir išsklaidytų retųjų žemių junginių, kurie sukels mikro legiravimo efektus, tokius kaip antrosios fazės stiprinimas.
◆ ◆ Retųjų žemių įtaka aliuminio ir aliuminio lydinio savybėms ◆◆
01 Retųjų žemių įtaka visapusiškoms mechaninėms lydinio savybėms
Lydinio stiprumą, kietumą, pailgėjimą, atsparumą lūžiams, atsparumą dilimui ir kitas visapusiškas mechanines lydinio savybes galima pagerinti pridedant atitinkamą retųjų žemių kiekį.0,3 % RE pridedama prie aliuminio ZL10 serijos lydinio.bnuo 205,9 MPa iki 274 MPa ir HB nuo 80 iki 108; Pridedant 0,42 % Sc prie 7005 lydinioσbpadidėjo nuo 314MPa iki 414MPa,σ0.2padidėjo nuo 282 MPa iki 378 MPa, plastiškumas padidėjo nuo 6,8% iki 10,1%, o stabilumas aukštoje temperatūroje buvo žymiai padidintas; La ir Ce gali žymiai pagerinti lydinio superplastiškumą.Pridėjus 0,14% ~ 0,64% La į Al-6Mg-0,5Mn lydinį, superplastiškumas padidėja nuo 430% iki 800% ~ 1000%; Sisteminis Al Si lydinio tyrimas rodo, kad lydinio takumo riba ir didžiausias tempiamasis stipris gali būti labai didelis. patobulinta pridedant atitinkamą kiekį Sc.Pav.3 parodyta Al-Si7-Mg tempimo lūžio SEM išvaizda0.8lydinio, o tai rodo, kad tai yra tipiškas trapus skilimo lūžis be RE, o pridėjus 0,3% RE, lūžyje atsiranda akivaizdi įdubimo struktūra, kuri rodo, kad jis turi gerą kietumą ir plastiškumą.
3 pav. Tempimo lūžių morfologija
a.Neprisijungė prie RE;b.Įpilkite 0,3% RE
02Retųjų žemių įtaka lydinių aukštos temperatūros savybėms
Pridedant tam tikrą kiekįreta žemėĮ aliuminio lydinį galima efektyviai pagerinti aliuminio lydinio atsparumą oksidacijai aukštoje temperatūroje. Į lietinį Al Si eutektinį lydinį pridėjus 1–1,5 % mišrių retųjų žemių, atsparumas aukštai temperatūrai padidėja 33 %, atsparumas plyšimui aukštoje temperatūroje (300 ℃, 1000 valandų) 44%, o atsparumas dilimui ir stabilumas aukštoje temperatūroje žymiai pagerėjo; La, Ce, Y ir mišriojo metalo pridėjimas prie Al Cu lydinių gali pagerinti lydinių savybes aukštoje temperatūroje; Greitai sukietėjęs Al-8,4% Fe-3,4% Ce lydinys gali veikti ilgą laiką žemesnėje nei 400 ℃ temperatūroje, labai pagerindamas aliuminio lydinio darbinę temperatūrą; Sc pridedama prie Al Mg Si lydinio, kad susidarytų Al3Sc dalelės, kurias nėra lengva rupinti aukštoje temperatūroje ir kurios susilieja su matrica, kad pritvirtintų grūdelių ribą, kad lydinys išlaikytų nerekristalizuotą struktūrą atkaitinimo metu ir labai pagerintų lydinio savybes aukštoje temperatūroje.
03 Retųjų žemių poveikis optinėms lydinių savybėms
Pridėjus retųjų žemių į aliuminio lydinį, gali pasikeisti jo paviršiaus oksido plėvelės struktūra, todėl paviršius tampa ryškesnis ir gražesnis. Kai į aliuminio lydinį pridedama 0,12–0,25 % RE, oksiduoto ir spalvoto 6063 profilio atspindžio koeficientas yra iki 92%; Kai į Al Mg lietinį aliuminio lydinį pridedama 0,1% ~ 0,3% RE, lydinys gali gauti geriausią paviršiaus apdailą ir blizgesį.
04 Retųjų žemių įtaka lydinių elektrinėms savybėms
RE pridėjimas prie didelio grynumo aliuminio kenkia lydinio laidumui, tačiau laidumą galima tam tikru mastu pagerinti pridedant atitinkamo RE prie pramoninio gryno aliuminio ir Al Mg Si laidžių lydinių. Eksperimentų rezultatai rodo, kad aliuminio laidumas gali būti pagerintas 2–3 %, pridedant 0,2 % RE. Į Al Zr lydinį įdėjus nedidelį kiekį retųjų žemių, kuriuose gausu itrio, galima pagerinti lydinio laidumą, kurį taiko dauguma vietinių vielos gamyklų; Įpilkite retųjų žemių pėdsakų iki didelio grynumo aliuminio, kad būtų pagamintas Al RE folijos kondensatorius.Naudojant 25kV gaminiuose, talpos indeksas padvigubinamas, tūrio vieneto talpa padidinama 5 kartus, svoris sumažėja 47%, o kondensatoriaus tūris žymiai sumažėja.
05Retųjų žemių įtaka lydinio atsparumui korozijai
Kai kuriose eksploatavimo aplinkose, ypač esant chloro jonams, lydiniai yra pažeidžiami korozijos, plyšių korozijos, įtempių korozijos ir korozijos nuovargio. Siekiant pagerinti aliuminio lydinių atsparumą korozijai, buvo atlikta daug tyrimų.Nustatyta, kad į aliuminio lydinius pridėjus atitinkamą retųjų žemių kiekį, galima efektyviai pagerinti jų atsparumą korozijai. Mėginiai, pagaminti į aliuminį įmaišius skirtingą kiekį retųjų žemių medžiagų (0,1–0,5 %), tris kartus iš eilės mirkomi sūryme ir dirbtiniame jūros vandenyje. metų.Rezultatai rodo, kad į aliuminį įdėjus nedidelį retųjų žemių metalų kiekį galima pagerinti aliuminio atsparumą korozijai, o atsparumas korozijai sūryme ir dirbtiniame jūros vandenyje yra atitinkamai 24% ir 32% didesnis nei aliuminio; naudojant cheminių garų metodą ir pridedant. retųjų žemių daugiakomponentė skvarba (La, Ce ir kt.), 2024 lydinio paviršiuje gali būti suformuotas retųjų žemių konversijos plėvelės sluoksnis, todėl aliuminio lydinio paviršiaus elektrodo potencialas būna vienodas ir padidėja atsparumas tarpgranulinė korozija ir įtempių korozija; Pridėjus La prie didelio Mg aliuminio lydinio, galima žymiai pagerinti lydinio antikorozinę savybę; Pridėjus 1,5–2,5 % Nd į aliuminio lydinius, gali pagerėti aukšta temperatūra, sandarumas ir atsparumas korozijai. lydiniai, kurie plačiai naudojami kaip kosminės erdvės medžiagos.
◆ ◆ Retųjų žemių aliuminio lydinio paruošimo technologija ◆ ◆
Aliuminio lydiniuose ir kituose lydiniuose retųjų žemių mikroelementų pavidalu dažniausiai dedama.Retosios žemės pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu, aukšta lydymosi temperatūra, lengvai oksiduojasi ir sudegina aukštoje temperatūroje.Tai sukėlė tam tikrų sunkumų ruošiant ir naudojant retųjų žemių aliuminio lydinius.Ilgalaikių eksperimentinių tyrimų metu žmonės ir toliau tiria retųjų žemių aliuminio lydinių paruošimo būdus. Šiuo metu pagrindiniai retųjų žemių aliuminio lydinių gamybos būdai. yra maišymo metodas, išlydytos druskos elektrolizės metodas ir aliuminoterminės redukcijos metodas.
01 Maišymo būdas
Mišrus lydymo būdas yra į aukštos temperatūros aliuminio skystį įpilti retųjų žemių arba mišrių retųjų žemių metalų proporcingai, kad būtų pagamintas pagrindinis lydinys arba naudojamas lydinys, o tada kartu ištirpinamas pagrindinis lydinys ir likęs aliuminis pagal apskaičiuotą nuolaidą, visiškai išmaišoma ir išgryninama. .
02 Elektrolizė
Išlydytos druskos elektrolizės metodas yra retųjų žemių oksido arba retųjų žemių druskos įpylimas į pramoninį aliuminio elektrolitinį elementą ir elektrolizuojamas aliuminio oksidu, kad būtų gautas retųjų žemių aliuminio lydinys. Išlydytos druskos elektrolizės metodas Kinijoje išsivystė gana greitai.Paprastai yra du būdai, būtent skystojo katodo metodas ir elektrolitinis eutektoido metodas.Šiuo metu buvo sukurta, kad retųjų žemių junginiai gali būti tiesiogiai dedami į pramoninius aliuminio elektrolitinius elementus, o retųjų žemių aliuminio lydiniai gali būti gaminami chlorido lydalų elektrolizės būdu eutektoidiniu metodu.
03 Aliuminioterminis redukcijos metodas
Kadangi aliuminis turi stiprų redukcijos gebą, o aliuminis gali sudaryti įvairius intermetalinius junginius su retųjų žemių žemėmis, aliuminis gali būti naudojamas kaip reduktorius ruošiant retųjų žemių aliuminio lydinius. Pagrindinės cheminės reakcijos parodytos šioje formulėje:
RE2O3+ 6Al→2REAl2+ Al2O3
Tarp jų retųjų žemių oksido arba retųjų žemių turtingas šlakas gali būti naudojamas kaip retųjų žemių žaliavos; Reduktorius gali būti pramoninis grynas aliuminis arba silicio aliuminis; Redukcijos temperatūra yra 1400 ℃ ~ 1600 ℃. Ankstyvajame etape jis buvo vežamas esant kaitinimo agentui ir srautui, o aukšta redukcijos temperatūra sukeltų daug problemų; Pastaraisiais metais mokslininkai sukūrė naują aliuminoterminės redukcijos metodą.Esant žemesnei temperatūrai (780 ℃), aliuminoterminė redukcijos reakcija baigiama natrio fluorido ir natrio chlorido sistemoje, todėl išvengiama problemų, kylančių dėl pradinės aukštos temperatūros.
◆ ◆ Retųjų žemių aliuminio lydinio taikymo eiga ◆ ◆
01 Retųjų žemių aliuminio lydinio taikymas energetikos pramonėje
Dėl gero laidumo, didelės srovės galios, didelio stiprumo, atsparumo dilimui, lengvo apdorojimo ir ilgo eksploatavimo pranašumų retųjų žemių aliuminio lydinys gali būti naudojamas kabeliams, oro perdavimo linijoms, laidų šerdims, slankiojantiems laidams ir ploniems laidams gaminti. ypatingiems tikslams. Nedidelį RE kiekį į Al Si lydinio sistemą galima pagerinti laidumą, nes aliuminio lydinyje esantis silicis yra priemaišų elementas, turintis didelį kiekį, kuris turi didesnę įtaką elektrinėms savybėms.Pridėjus reikiamą retųjų žemių kiekį, galima pagerinti esamą silicio morfologiją ir pasiskirstymą lydinyje, o tai gali veiksmingai pagerinti aliuminio elektrines savybes; Į karščiui atsparų aliuminio lydinio laidą įdėjus nedidelį kiekį itrio arba itrio turtingo mišrių retųjų žemių junginių gali ne tik išlaikyti gerą aukštos temperatūros veikimą, bet ir pagerinti laidumą; Retosios žemės gali pagerinti aliuminio lydinio sistemos atsparumą tempimui, atsparumą karščiui ir atsparumą korozijai.Kabeliai ir laidininkai, pagaminti iš retųjų žemių aliuminio lydinio, gali padidinti kabelių bokšto atstumą ir prailginti kabelių tarnavimo laiką.
02Retųjų žemių aliuminio lydinio taikymas statybos pramonėje
6063 aliuminio lydinys yra plačiausiai naudojamas statybos pramonėje.Pridėjus 0,15% ~ 0,25% retųjų žemių, galima žymiai pagerinti liejimo struktūrą ir apdorojimo struktūrą, taip pat pagerinti ekstruzijos efektyvumą, terminio apdorojimo efektą, mechanines savybes, atsparumą korozijai, paviršiaus apdorojimo efektyvumą ir spalvų toną. daugiausia pasiskirstę 6063 aliuminio lydinyje α-Al neutralizuoja fazių ribą, grūdelių ribą ir tarpdendritą, ir jie yra ištirpę junginiuose arba egzistuoja junginių pavidalu, kad patobulintų dendrito struktūrą ir grūdelius, todėl neištirpusios eutektikos dydis ir dydis įdubimas įdubimo srityje tampa žymiai mažesnis, pasiskirstymas yra tolygus, o tankis didėja, todėl įvairios lydinio savybės pagerėjo skirtingu laipsniu.Pavyzdžiui, profilio stiprumas padidėja daugiau nei 20%, pailgėjimas padidėja 50%, o korozijos greitis sumažėja daugiau nei du kartus, oksido plėvelės storis padidėja 5% ~ 8% ir spalvinimo savybė padidėja apie 3%.Todėl plačiai naudojami RE-6063 lydinio statybiniai profiliai.
03Retųjų žemių aliuminio lydinio naudojimas kasdieniuose gaminiuose
Retųjų žemių pėdsakų pridėjimas prie gryno aliuminio ir Al Mg serijos aliuminio lydinių, skirtų kasdieniniam naudojimui, gali žymiai pagerinti mechanines savybes, giluminio tempimo savybes ir atsparumą korozijai. aliuminio baldų atramos, aliuminio dviračiai ir buitinės technikos dalys, pagamintos iš Al Mg RE lydinio, turi daugiau nei du kartus didesnį atsparumą korozijai, 10% ~ 15% sumažina svorį, 10% ~ 20% padidina išeigą, 10% ~ 15% sumažina gamybos sąnaudas, ir geresnis giluminio tempimo ir giluminio apdorojimo našumas, palyginti su aliuminio lydinio gaminiais be retųjų žemių. Šiuo metu kasdienis retųjų žemių aliuminio lydinio poreikis buvo plačiai naudojamas, o gaminių gerokai padaugėjo ir jie gerai parduodami vidaus ir užsienio rinkose. .
04 Retųjų žemių aliuminio lydinio taikymas kitais aspektais
Pridėjus keletą tūkstantųjų retųjų žemių į plačiausiai naudojamą Al Si serijos liejinį lydinį, galima žymiai pagerinti lydinio apdirbimo našumą.Daugelio prekių ženklų gaminiai buvo naudojami orlaiviuose, laivuose, automobiliuose, dyzeliniuose varikliuose, motocikluose ir šarvuotose transporto priemonėse (stūmokliuose, pavarų dėžėse, cilindruose, prietaisuose ir kitose dalyse). Tyrimų ir taikymo metu nustatyta, kad Sc yra veiksmingiausias elementas optimizuoti aliuminio lydinių struktūrą ir savybes.Jis stipriai stiprina dispersiją, grūdelių rafinavimą, tirpalą stiprina ir mikrolydinį stiprina aliuminį ir gali pagerinti lydinių stiprumą, kietumą, plastiškumą, kietumą, atsparumą korozijai, atsparumą karščiui ir kt. Sc Al serijos lydiniai buvo naudojami aukštųjų technologijų pramonės šakos, tokios kaip aviacija, laivai, greitaeigiai traukiniai, lengvosios transporto priemonės ir kt. NASA sukurtas C557Al Mg Zr Sc serijos skandžio aliuminio lydinys pasižymi dideliu stiprumu ir atsparumu aukštai temperatūrai bei žemai temperatūrai ir buvo pritaikytas orlaivių fiuzeliažui ir orlaiviams konstrukcinės dalys; Rusijos sukurtas lydinys 0146Al Cu Li Sc buvo pritaikytas kosminių laivų kriogeniniam kuro bakui.
Iš 33 tomo, Wang Hui, Yang An ir Yun Qi retųjų žemių 1 leidimo
Paskelbimo laikas: 2023-05-05