L'applicazione diterra rarain casting alliage d'aluminium hè stata realizata prima à l'esteru. Ancu se a Cina hà iniziatu a ricerca è l'applicazione di questu aspettu solu in l'anni 1960, hà sviluppatu rapidamente. Un saccu di travagliu hè statu fattu da a ricerca di u mecanismu à l'applicazione pratica, è parechji rializazioni sò stati fatti. Cù l'aghjunzione di elementi di terra rara, e proprietà meccaniche, proprietà di casting è proprietà elettriche di leghe d'aluminiu sò state assai migliurate.In u campu di novi materiali, e ricche proprietà ottiche, elettriche è magnetiche di l'elementi di a terra rara ghjucanu ancu un rolu impurtante in a fabbricazione di materiali magnetichi permanenti di terra rara, materiali di emissione di luce di terra rara, materiali di almacenamentu di l'idrogenu di terra rara, etc.
◆ ◆ Mécanisme d'action des terres rares en aluminium et alliage d'aluminium ◆ ◆
A terra rara hà una attività chimica alta, un potenziale bassu è una disposizione speciale di strati elettroni, è ponu interagisce cù quasi tutti l'elementi.lantanu), Ce (cerium), Y (ittriu) è Sc (scandiu). Sò spessu aghjuntu à u liquidu d'aluminiu cù modificatori, agenti nucleati è agenti di degassing, chì ponu purificà u funnu, migliurà a struttura, raffinate u granu, etc.
01Purificazione di terra rara
Cum'è una grande quantità di inclusi gasu è ossidu (principalmente l'idrogenu, l'ossigenu è l'azotu) seranu purtate durante a fusione è a fusione di l'alia d'aluminiu, pinholes, crackes, inclusions è altri difetti si verificanu in u casting (vede Figura 1a), riducendu. a forza di l'alliage d'aluminiu. L'effettu di purificazione di a terra rara si manifesta principarmenti in a riduzzione evidenti di u cuntenutu di l'idrogenu in l'aluminiu fusu, a riduzzione di a tarifa di pinhole è a porosità (vede a figura 1b), è a riduzzione di inclusioni è elementi dannosi. U mutivu hè chì a terra rara hà una grande affinità cù l'idrogenu, chì pò assorbe è dissolve l'idrogenu in grande quantità è formanu composti stabili senza furmà bolle, riducendu cusì significativamente u cuntenutu di l'idrogenu è a porosità di l'aluminiu; A terra rara è l'azotu formanu composti refrattarii, chì sò soprattuttu sguassati in forma di slag in u prucessu di smelting, in modu à ghjunghje sin'à u scopu di purifying liquid aluminium.
A pratica hà dimustratu chì a terra rara hà l'effettu di riduzzione di u cuntenutu di l'idrogenu, l'ossigenu è u sulfuru in l'alluminiu è l'aliati d'aluminiu. L'aggiunta di 0,1% ~ 0,3% RE in liquidu d'aluminiu hè d'utile per eliminà megliu impurità dannosi, affinà impurità o cambià a so morfologia, in modu di raffinà è distribuisce uniformemente i grani; Inoltre, RE è impurità dannosi cù un puntu di fusione bassu formanu composti binari cum'è RES, REA, è REPb, chì sò carattarizati da un altu puntu di fusione, bassa densità è proprietà chimiche stabili, è ponu esse flottati per furmà scorie è eliminate, purificendu cusì u liquidu d'aluminiu; E particelle fini rimanenti diventanu nuclei eterogenei di aluminiu per raffinà. grani.
Fig. 1 SEM Morphology di 7075 Alloy senza RE è w (RE) = 0.3%
a. RE ùn hè micca aghjuntu; b. Add w (RE) = 0,3%
02Metamorfismu di a terra rara
A mudificazione di a terra rara si manifesta principarmenti in a raffinazione di grani è dendriti, inibendu l'apparizione di a fase T2 lamellare grossa, eliminendu a fase massiva grossa distribuita in u cristallu primariu è furmendu a fase sferica, in modu chì a striscia è i composti di frammenti à u cunfini di granu sò significativamente ridotti. (vede Figura 2).Generalmente, u raghju di l'atomu di a terra rara hè più grande di quellu di l'atomu d'aluminiu, è e so proprietà sò relativamente attivu. A fusione in u liquidu d'aluminiu hè assai faciule per riempie i difetti di a superficia di a fase di lega, chì riduce a tensione di a superficia nantu à l'interfaccia trà e fasi novi è antichi, è migliurà a rata di crescita di u nucleu di cristalli; À u stessu tempu, pò ancu formà una superficia. film attivu trà i grani è u liquidu fusu per impediscenu a crescita di i grani generati è raffinà a struttura di l'alia (vede a figura 2b).
Fig. 2 Microstruttura di Alloys cù Different RE Addition
a. RE dosage hè 0;b. L'aggiunta di RE hè 0,3%;c. L'aggiunta di RE hè 0,7%
Dopu l'aghjunzione di elementi di terra rara α I grani di a fase (Al) cuminciaru à diventà più chjuchi, chì anu ghjucatu un rolu in a raffinazione di grani α (Al) trasformati in una piccula forma di rosa o bastone, quandu u cuntenutu di a terra rara hè 0,3% αThe granulazione di granu di (Al) ) fase hè a più chjuca, è cresce gradualmente cù l'aumentu di u cuntenutu di a terra rara. L'esperimenti anu dimustratu chì ci hè un certu periodu d'incubazione per u metamorfismu di a terra rara, è solu quandu si mantene à una temperatura alta per un certu periodu di tempu. a terra rara hà da ghjucà u rolu più grande in metamorfismu. In più, u numeru di nuclei di cristalli di i cumposti furmati da l'aluminiu è a terra rara aumenta assai quandu u metale cristallizza, chì rende ancu a struttura di l'alia raffinata. A ricerca mostra chì a terra rara hà bè. effettu di mudificazione nantu à a lega d'aluminiu.
03 Effettu di microligatura di terra rara
A terra rara esiste principarmenti in l'aluminiu è l'aliaghji d'aluminiu in trè forme: suluzione solida in a matrice α (Al); Segregazione à u cunfini di a fase, u granu è u cunfini di dendrite; Soluzione solida in o in forma di compostu. L'effetti di rinfurzà di a terra rara in Alliati d'aluminiu principarmenti include rinforzamentu di raffinamentu di granu, rinfurzà a suluzione finita è a seconda fase di rinfurzà di composti di terra rara.
A forma di esistenza di terra rara in alluminiu è lega d'aluminiu hè strettamente ligata à a so quantità additiva. In generale, quandu u cuntenutu RE hè menu di 0,1%, u rolu di RE hè principarmenti di rinfurzà di granu finitu è rinfurzà a suluzione finita; Quandu u cuntenutu di RE hè 0,25% ~ 0,30%, RE è Al formanu un gran numaru di bastone sfericu o cortu cum'è composti intermetallici. , chì sò distribuiti in u granu o granu frontiere, è un gran numaru di dislocations, strutturi spheroidized granu fini e cumposti di terra rara sparse apparisce, chì vi pruducia effetti micro alloying cum'è a seconda fase di rinfurzà.
◆ ◆ Effettu di e terre rare nantu à e proprietà di l'aluminiu è l'alliage d'aluminiu ◆◆
01 Effettu di a terra rara nantu à e proprietà meccaniche cumplete di a lega
A forza, a durezza, l'allungamentu, a tenacità à a frattura, a resistenza à l'usura è altre proprietà meccaniche complete di l'alea ponu esse migliurate aghjustendu una quantità adatta di terra rara.bda 205,9 MPa à 274 MPa, et HB de 80 à 108 ; ajout de 0,42 % Sc à 7005 alliageσbaumentatu da 314MPa à 414MPa,σ0.2aumentatu da 282MPa à 378MPa, a plasticità aumentatu da 6,8% à 10,1%, è a stabilità à alta temperatura hè statu rinforzatu significativamente; La è Ce ponu migliurà significativamente a superplasticità di a lega. L'aggiunta di 0,14% ~ 0,64% La à l'alliage Al-6Mg-0,5Mn aumenta a superplasticità da 430% à 800% ~ 1000%; Un studiu sistematicu di l'alia Al Si mostra chì a forza di snervamentu è a forza di trazione finale di l'alia pò esse assai. migliuratu agghiuncennu una quantità apprupriati di Sc.Fig. 3 mostra l'aspettu SEM di a frattura di tensione di Al-Si7-Mg0,8alloy, chì indica chì hè una frattura tipica di clivage brittle senza RE, mentre chì dopu à 0,3% RE hè aghjuntu, a struttura dimple evidenti appare in a frattura, chì indica chì hà una bona durezza è ductilità.
Fig 3 Morfologia di a frattura di Tensile
a. Ùn hè micca unitu RE;b. Aghjunghjite 0,3% RE
02Effettu di a Terra Rara nantu à e Pruprietà d'Alta Temperature di Alloys
Aghjunghjendu una certa quantità diterra rarain lega d'aluminiu pò migliurà effittivamenti a resistenza à l'ossidazione à alta temperatura di l'alluminiu alloy.Adding 1% ~ 1.5% mistu di terra rara à u cast Al Si lega eutectic aumenta a forza di alta temperatura di 33%, a forza di rupture di alta temperatura (300 ℃, 1000 ore) da 44%, è a resistenza à l'usura è a stabilità à alta temperatura sò significativamente migliorate; L'aghjunzione di La, Ce, Y è mischmetal per cast di leghe Al Cu pò migliurà e proprietà à alta temperatura di e leghe; L'Al-8,4% solidificatu rapidamente. Fe-3.4% Ce alliage pò travaglià per un bellu pezzu sottu à 400 ℃, migliurà assai a temperatura di travagliu di l'alia d'aluminiu; Sc hè aghjuntu à l'alliage Al Mg Si per furmà Al3Sc particeddi chì ùn sò micca fàciule à grossir à altu temperature è cohere cù a matrice à pin u cunfini di granu, tantu ca l 'liga mantene una struttura unrecrystallized durante annealing, è assai migliurà i pruprietà high-temperature di l' lega.
03 Effettu di a Terra Rara nantu à e Proprietà ottiche di Alloys
Aghjunghjendu terra rara in lega d'aluminiu pò cambià a struttura di a so film d'ossidu di a superficia, facendu a superficia più luminosa è bella. Quandu 0,12% ~ 0,25% RE hè aghjuntu à l'alia d'aluminiu, a riflettività di u prufilu 6063 oxidized è culuratu hè finu à. 92%; Quandu 0,1% ~ 0,3% RE hè aghjuntu à a lega d'aluminiu Al Mg, l'liga pò ottene u megliu finitu di a superficia è a durabilità di lucentezza.
04 Effettu di a Terra Rara nantu à e Proprietà Elettriche di Alloys
Agghiuncennu RE à l'aluminiu d'alta purezza hè dannusu à a conduttività di l'alea, ma a cunductività pò esse migliurata à un certu puntu aghjunghjendu RE appropritatu à l'aluminiu puro industriale è Al Mg Si alloys.The cunduttivi risultati spirimintali mostranu chì a conduttività di l'aluminiu. pò esse migliuratu da 2% ~ 3% agghiuncennu 0.2% RE.Adding una piccula quantità di terra rara ricca di ittriu in lega Al Zr pò migliurà a conduttività di a lega, chì hè stata aduttata da a maiò parte di e fabbriche di filu domesticu; à l'aluminiu d'alta purezza per fà un condensatore di foglia Al RE. Quandu s'utilice in i prudutti 25kV, l'indice di capacità hè radduppiatu, a capacità per unità di volumi hè aumentata da 5 volte, u pesu hè ridutta da 47%, è u voluminu di u condensatore hè significativamente ridutta.
05Effettu di a Terra Rara nantu à a Resistenza di Corrusione di Alloy
In certi ambienti di serviziu, soprattuttu in a prisenza di ioni di cloruru, ligami sò vulnerabili à a currusioni, a curruzzione di u crevice, a curruzzione di stress è a fatigue di currusioni. Hè trovu chì l'aghjunghje una quantità adatta di terra rara à l'aliaghji d'aluminiu pò migliurà efficacemente a so resistenza à a corrosione. I campioni fatti aghjunghjendu quantità diverse di terre rare miste (0,1% ~ 0,5%) à l'aluminiu sò stati imbulighjati in salamoia è acqua di mare artificiale per trè consecutivi. anni. I risultati mostranu chì l'aghjunghje una piccula quantità di terre rare à l'aluminiu pò migliurà a resistenza à a corrosione di l'aluminiu, è a resistenza à a corrosione in salamoia è acqua di mare artificiale hè 24% è 32% più altu di quellu di l'aluminiu, rispettivamente; Utilizendu u metudu di vapore chimicu è aghjunghjendu. Penetrante multi-cumpunenti di terra rara (La, Ce, etc.), una strata di film di cunversione di terra rara pò esse furmata nantu à a superficia di lega 2024, facendu u putenziale elettrodu di superficia di lega d'aluminiu tendenu à esse uniforme, è migliurà a resistenza à A currusione intergranulare è a corrosione di stress; L'aghjustà La à una lega d'aluminiu alta Mg pò migliurà significativamente a capacità anti corrosione marina di a lega; L'aggiunta di 1,5% ~ 2,5% Nd à l'alea d'aluminiu pò migliurà a prestazione à alta temperatura, a tenuta d'aria è a resistenza à a corrosione di l'alluminiu. leghe, chì sò largamente usate cum'è materiali aerospaziale.
◆ ◆ Tecnulugia di preparazione di lega d'aluminiu di terra rara ◆ ◆
A terra rara hè soprattuttu aghjunta in forma di oligoelementi in l'aliaghji d'aluminiu è altre ligami. A terra rara hà una attività chimica alta, un altu puntu di fusione, è hè faciule d'esse ossidatu è brusgiatu à alta temperatura. Questu hà causatu certe difficultà in a preparazione è l'applicazione di legami d'aluminiu di terra rara. In a ricerca sperimentale à longu andà, a ghjente cuntinueghja à scopra i metudi di preparazione di legami d'aluminiu di terra rara. sò u metudu di mischju, u metudu di l'elettrolisi di sali fusi è u metudu di riduzzione aluminotermica.
01 Metudu di mischju
U metudu di fusione mistu hè di aghjunghje terre rare o metalli di terra rara mistu in un liquidu d'aluminiu à alta temperatura in proporzione per fà una lega maestra o una lega d'applicazione, è dopu fonde a lega maestra è l'aluminiu rimanente secondu l'indennità calculata inseme, mischjà è affinà cumplettamente. .
02 Elettrolisi
U metudu di l'elettrolisi di sali fusi hè di aghjunghje l'ossidu di terra rara o di u salinu di terra rara in a cellula elettrolitica industriale d'aluminiu è l'elettrolize cù l'ossidu d'aluminiu per pruduce l'alluminiu di l'alluminiu. In generale, ci sò dui modi, vale à dì, u metudu di catodu liquidu è u metudu eutectoide elettroliticu. Attualmente, hè statu sviluppatu chì i composti di a terra rara pò esse aghjuntu direttamente à e cellule elettrolitiche d'aluminiu industriali, è l'aliaghji d'aluminiu di a terra rara pò esse pruduciutu da l'elettrolisi di u cloruru si funnu da u metudu eutectoid.
03 Metudu di riduzzione aluminotermica
Perchè l'aluminiu hà una forte capacità di riduzzione, è l'aluminiu pò furmà una varietà di cumposti intermetallici cù a terra rara, l'aluminiu pò esse usatu cum'è un agentu riducente per preparà l'aliaghji d'aluminiu di a terra rara.
RE2O3+ 6Al→2REAl2+ Al2O3
Frà elli, l'ossidu di terra rara o scoria ricca di terra rara pò esse aduprata cum'è materie prime di terra rara; L'agente di riduzzione pò esse aluminiu puro industriale o aluminiu di siliciu; A temperatura di riduzzione hè 1400 ℃ ~ 1600 ℃. In u primu stadiu, hè statu purtatu. fora sottu à a cundizione di l'esistenza di l'agenti di riscaldamentu è u flussu, è a temperatura di riduzzione alta causaria assai prublemi; In l'ultimi anni, i circadori anu sviluppatu un novu metudu di riduzzione aluminotermicu. À una temperatura più bassu (780 ℃), a reazzione di riduzzione aluminotermica hè cumpletata in u sistema di fluoru di sodiu è di clorur di sodiu, chì evita i prublemi causati da a temperatura alta originale.
◆ ◆ Prugressu di l'applicazione di l'alia d'aluminiu di terra rara ◆ ◆
01 Applicazione di a lega d'aluminiu di terre rare in l'industria energetica
A causa di i vantaghji di una bona conduttività, una grande capacità di trasportu di corrente, alta forza, resistenza à l'usura, facilità di trasfurmazioni è longa vita di serviziu, a lega d'aluminiu di terra rara pò esse usata per fabricà cavi, linee di trasmissione aeree, nuclei di fili, fili slide è fili sottili per special purposes.Adding una piccula quantità di RE in u sistema di lega Al Si pò migliurà a conduttività, chì hè perchè u silicuu in a lega d'aluminiu hè un elementu impuru cù un altu cuntenutu, chì hà un impattu maiò nantu à e proprietà elettriche. Agghiuncennu una quantità adatta di terra rara pò migliurà a morfologia esistente è a distribuzione di siliciu in l'alea, chì pò migliurà efficacemente e proprietà elettriche di l'aluminiu; Aghjunghjendu una piccula quantità di ittriu o terra rara mistura ricca di ittriu in u filu di lega d'aluminiu resistente à u calore. pò micca solu mantene una bona prestazione à alta temperatura, ma ancu migliurà a conduttività; a terra rara pò migliurà a forza di trazione, a resistenza à u calore è a resistenza à a corrosione di u sistema di lega d'aluminiu. I cavi è i cunduttori fatti di lega d'aluminiu di terra rara ponu aumentà a durata di a torre di cable è allargà a vita di serviziu di i cavi.
02Applicazione di a lega d'aluminiu di terra rara in l'industria di a custruzione
A lega d'aluminiu 6063 hè u più utilizatu in l'industria di a custruzione. Aghjunghjendu 0,15% ~ 0,25% di terra rara pò migliurà significativamente a struttura di cast è a struttura di trasfurmazioni, è pò migliurà a prestazione di estrusione, effettu di trattamentu termicu, proprietà meccaniche, resistenza à a corrosione, prestazioni di trattamentu di superficia è tonalità di culore. principarmenti distribuitu in 6063 aluminium alloyα-Al neutralizes u cunfini di fasa, granu frontiere è interdendritic, è sò dissolute in cumposti o esistenu in forma di cumposti à raffinari la struttura di dendrite è granu, cusì chì a dimensione di l'eutectica undissolved è a taglia di u dimple in a zona dimple diventa significativamente più chjuca, a distribuzione hè uniforme, è a densità aumenta, cusì chì e diverse proprietà di l'alea sò migliurate à varii gradi. Per esempiu, a forza di u prufilu hè aumentata di più di 20%, l'allungamentu hè aumentatu di 50%, è a rata di corrosione hè ridutta di più di duie volte, u spessore di a film d'ossidu aumenta di 5% ~ 8%, è a pruprietà di culore aumenta da circa 3%.Per quessa, RE-6063 profili di custruzzione di lega sò largamente usati.
03Applicazione di lega d'aluminiu di terra rara in i prudutti di ogni ghjornu
Agghiuncennu tracce di terra rara à l'aluminiu puro è leghe d'aluminiu di serie Al Mg per i prudutti d'aluminiu di l'usu di ogni ghjornu pò migliurà significativamente e proprietà meccaniche, a pruprietà di l'imbuttatura profonda è a resistenza à a corrosione. supporti di mobili d'aluminiu, biciclette d'aluminiu, è parti di l'apparecchi di casa in lega Al Mg RE anu più di duie volte a resistenza à a corrosione, 10% ~ 15% riduzzione di pesu, 10% ~ 20% aumentu di u rendiment, 10% ~ 15% riduzzione di u costu di produzzione, è megliu deep drawing è u funziunamentu di trasfurmazioni prufonda cumparatu cù i prudutti di lega d'aluminiu senza terra rara. Attualmente, i bisogni di ogni ghjornu di lega d'aluminiu di terra rara sò stati largamente usati, è i prudutti anu aumentatu significativamente, è sò venduti bè in i mercati domestici è stranieri. .
04 Applicazione di l'alia d'aluminiu di terra rara in altri aspetti
Aghjunghjendu uni pochi di millesimi di terra rara in a lega di colata di serie Al Si più largamente usata pò migliurà significativamente a prestazione di machining di a lega. Parechje marche di prudutti sò stati aduprati in aerei, navi, automobili, motori diesel, motociclette è veiculi blindati (pistone, gearbox, cilindru, strumentazione è altre parti). In a ricerca è l'applicazione, si trova chì Sc hè l'elementu più efficace per ottimisà a struttura è e proprietà di leghe d'aluminiu. Havi un forte rinfurzamentu di dispersione, rinfurzamentu di raffinamentu di granu, rinfurzamentu di suluzione è effetti di rinfurzà microalloy nantu à l'aluminiu, è pò migliurà a forza, durezza, plasticità, tenacità, resistenza à a corrosione, resistenza à u calore, etc. industrii high-tech cum'è aerospaziale, navi, treni d'alta velocità, veiculi ligeri, etc.C557Al Mg Zr Sc serie scandium aluminium alloy sviluppatu da a NASA hà alta forza è alta temperatura è stabilità di bassa temperatura è hè stata appiicata à fuselages è aerei. parti strutturali; A lega 0146Al Cu Li Sc sviluppata da a Russia hè stata applicata à u tank di carburante criogenicu di a nave spaziale.
Da u Volume 33, Issue 1 di Rare Earth di Wang Hui, Yang An è Yun Qi
Tempu di Postu: Jul-05-2023