Mae cais odaear prinyn bwrw aloi alwminiwm ei gynnal yn gynharach dramor. Er mai dim ond yn y 1960au y dechreuodd Tsieina ymchwilio a chymhwyso'r agwedd hon, mae wedi datblygu'n gyflym. Mae llawer o waith wedi'i wneud o ymchwil mecanwaith i gymhwyso ymarferol, ac mae rhai cyflawniadau wedi'u gwneud.With ychwanegu elfennau pridd prin, mae priodweddau mecanyddol, priodweddau castio a phriodweddau trydanol aloion alwminiwm wedi'u gwella'n fawr. deunyddiau newydd, mae priodweddau optegol, trydanol a magnetig cyfoethog elfennau daear prin hefyd yn chwarae rhan bwysig wrth wneud deunyddiau magnetig parhaol daear prin, deunyddiau allyrru golau daear prin, deunyddiau storio hydrogen daear prin, ac ati.
◆ ◆ Mecanwaith gweithredu daear prin mewn aloi alwminiwm ac alwminiwm ◆ ◆
Mae gan ddaear prin weithgaredd cemegol uchel, potensial isel a threfniant haen electron arbennig, a gall ryngweithio â bron pob un o'r elfennau.Rare earths a ddefnyddir yn gyffredin mewn aloion alwminiwm ac alwminiwm yn cynnwys La (lanthanum), Ce (ceriwm), Y (yttrium) a Sc (sgandiwm). Maent yn aml yn cael eu hychwanegu at hylif alwminiwm gydag addaswyr, asiantau cnewyllol a chyfryngau degassing, a all buro'r toddi, gwella'r strwythur, mireinio'r grawn, ac ati.
01Puro daear prin
Gan y bydd llawer iawn o gynhwysiant nwy ac ocsid (hydrogen, ocsigen a nitrogen yn bennaf) yn dod i mewn wrth doddi a chastio aloi alwminiwm, bydd tyllau pin, craciau, cynhwysiant a diffygion eraill yn digwydd yn y castio (gweler Ffigur 1a), gan leihau cryfder aloi alwminiwm. Mae effaith puro daear prin yn cael ei amlygu'n bennaf yn y gostyngiad amlwg o gynnwys hydrogen mewn alwminiwm tawdd, gostyngiad yn y gyfradd twll pin a mandylledd (gweler Ffigur 1b), a'r gostyngiad o cynhwysiant ac elfennau niweidiol.Y prif reswm yw bod gan ddaear brin gysylltiad mawr â hydrogen, a all amsugno a hydoddi hydrogen mewn symiau mawr a ffurfio cyfansoddion sefydlog heb ffurfio swigod, gan leihau'n sylweddol y cynnwys hydrogen a mandylledd alwminiwm; cyfansoddion anhydrin ffurf nitrogen, sy'n cael eu tynnu'n bennaf ar ffurf slag yn y broses fwyndoddi, er mwyn cyflawni pwrpas puro hylif alwminiwm.
Mae ymarfer wedi profi bod daear prin yn cael yr effaith o leihau cynnwys hydrogen, ocsigen a sylffwr mewn aloion alwminiwm ac alwminiwm. Mae ychwanegu 0.1% ~ 0.3% AG mewn hylif alwminiwm yn ddefnyddiol i gael gwared ar amhureddau niweidiol yn well, mireinio amhureddau neu newid eu morffoleg, er mwyn mireinio a dosbarthu grawn yn gyfartal; Yn ogystal, mae AG ac amhureddau niweidiol gyda phwynt toddi isel yn ffurfio cyfansoddion deuaidd fel RES, REAs, ac REPb, sy'n cael eu nodweddu gan ymdoddbwynt uchel, dwysedd isel, a phriodweddau cemegol sefydlog, a gellir eu arnofio i ffurfio slag a'u tynnu, gan buro alwminiwm. hylif; Mae'r gronynnau mân sy'n weddill yn dod yn niwclysau heterogenaidd o alwminiwm i fireinio grawn.
Ffig. 1 Morffoleg SEM o 7075 Aloi heb AG ac w (RE)=0.3%
a. Nid yw AG yn cael ei ychwanegu; b. Ychwanegu w (RE)=0.3%
02Metamorffedd daear prin
Mae addasiad daear prin yn cael ei amlygu'n bennaf wrth fireinio grawn a dendritau, gan atal ymddangosiad cam lamellar bras T2, gan ddileu'r cyfnod anferth bras a ddosberthir yn y grisial cynradd a ffurfio cyfnod sfferig, fel bod y cyfansoddion stribed a darn ar y ffin grawn yn cael eu lleihau'n sylweddol. (gweler Ffigur 2). Yn gyffredinol, mae radiws atom daear prin yn fwy na radiws atom alwminiwm, ac mae ei briodweddau yn gymharol weithredol. Mae toddi mewn hylif alwminiwm yn hawdd iawn i lenwi diffygion wyneb y cyfnod aloi, sy'n lleihau'r tensiwn arwyneb ar y rhyngwyneb rhwng cyfnodau newydd a hen, ac yn gwella cyfradd twf cnewyllyn grisial; Ar yr un pryd, gall hefyd ffurfio wyneb ffilm weithredol rhwng y grawn a'r hylif tawdd i atal twf y grawn a gynhyrchir a mireinio'r strwythur aloi (gweler Ffigur 2b).
Ffig. 2 Microstrwythur aloion gydag Ychwanegiad AG Gwahanol
a. Y dos addysg grefyddol yw 0; b. Ychwanegiad AG yw 0.3%;c. Ychwanegiad AG yw 0.7%
Ar ôl ychwanegu elfennau pridd prin α Dechreuodd grawn cyfnod (Al) fynd yn llai, a chwaraeodd rôl wrth fireinio grawnα(Al) a drawsnewidiwyd yn siâp rhosyn neu wialen fach, pan fo cynnwys daear prin yn 0.3% α Maint grawn (Al) ) cam yw'r lleiaf, ac mae'n cynyddu'n raddol gyda chynnydd pellach o gynnwys pridd prin. Mae arbrofion wedi profi bod cyfnod deori penodol ar gyfer metamorffedd daear prin, a dim ond pan fydd yn cael ei gadw'n uchel. tymheredd am gyfnod penodol o amser, bydd daear prin yn chwarae rhan fwyaf mewn metamorphism.In ogystal, mae nifer y cnewyllyn grisial o'r cyfansoddion a ffurfiwyd gan alwminiwm a daear prin yn cynyddu'n fawr pan fydd y metel yn crisialu, sydd hefyd yn gwneud y strwythur aloi wedi'i fireinio. Mae'r ymchwil yn dangos bod daear prin yn cael effaith addasu da ar aloi alwminiwm.
03 Effaith microaloying o ddaear prin
Mae daear prin yn bodoli'n bennaf mewn aloion alwminiwm ac alwminiwm mewn tair ffurf: hydoddiant solet yn y matricsα(Al); Gwahanu ar ffin cyfnod, ffin grawn a ffin dendrit; Hydoddiant solet mewn neu ar ffurf cyfansawdd. Effeithiau cryfhau daear prin yn mae aloion alwminiwm yn bennaf yn cynnwys cryfhau mireinio grawn, cryfhau datrysiad meidraidd a chryfhau ail gam cyfansoddion daear prin.
Mae cysylltiad agos rhwng ffurf bodolaeth daear prin mewn aloi alwminiwm ac alwminiwm a'i swm ychwanegol. Yn gyffredinol, pan fo cynnwys AG yn llai na 0.1%, rôl AG yn bennaf yw cryfhau grawn mân a chryfhau hydoddiant cyfyngedig; Pan fo cynnwys AG yn 0.25% ~ 0.30%, mae RE ac Al yn ffurfio nifer fawr o wialen sfferig neu fyr fel cyfansoddion rhyngfetelaidd. , sy'n cael eu dosbarthu yn y ffin grawn neu grawn, ac mae nifer fawr o ddadleoliadau, strwythurau spheroidized grawn mân a chyfansoddion daear prin gwasgaredig yn ymddangos, a fydd yn cynhyrchu effeithiau aloi micro megis cryfhau ail gam.
◆ ◆ Effaith daear prin ar briodweddau alwminiwm ac aloi alwminiwm ◆◆
01 Effaith daear prin ar briodweddau mecanyddol cynhwysfawr aloi
Gellir gwella cryfder, caledwch, elongation, caledwch torri asgwrn, ymwrthedd gwisgo a phriodweddau mecanyddol cynhwysfawr eraill yr aloi trwy ychwanegu swm priodol o bridd prin.0.3% AG yn cael ei ychwanegu at aloi alwminiwm cast ZL10 seriesbo 205.9 MPa i 274 MPa, a HB o 80 i 108; Ychwanegu 0.42% Sc i 7005 aloiσbcynyddu o 314MPa i 414MPa,σ0.2wedi cynyddu o 282MPa i 378MPa, cynyddodd y plastigrwydd o 6.8% i 10.1%, a chynyddodd y sefydlogrwydd tymheredd uchel yn sylweddol; gall La a Ce wella superplastigrwydd yr aloi yn sylweddol. Mae ychwanegu 0.14% ~ 0.64% La i aloi Al-6Mg-0.5Mn yn cynyddu'r superplasticity o 430% i 800% ~ 1000%; Mae astudiaeth systematig o aloi Al Si yn dangos y gall cryfder cynnyrch a chryfder tynnol eithaf yr aloi fod yn fawr. gwella trwy ychwanegu swm priodol o Sc.Fig. Mae 3 yn dangos ymddangosiad SEM o dorri asgwrn tynnol Al-Si7-Mg0.8aloi, sy'n dangos ei fod yn doriad holltiad brau nodweddiadol heb AG, tra ar ôl ychwanegu 0.3% AG, mae strwythur pylu amlwg yn ymddangos yn y toriad, sy'n dangos bod ganddo galedwch a hydwythedd da.
Ffig. 3 Morffoleg Torasgwrn Tynnol
a. Heb ymuno ag AG;b. Ychwanegu 0.3% RE
02Effaith Daear Prin ar Briodweddau Tymheredd Uchel aloion
Ychwanegu swm penodol odaear pringall aloi alwminiwm wella ymwrthedd ocsidiad tymheredd uchel aloi alwminiwm yn effeithiol. Mae ychwanegu 1% ~ 1.5% o bridd cymysg prin i'r aloi ewtectig Al Si yn cynyddu cryfder tymheredd uchel 33%, mae cryfder rhwygiad tymheredd uchel (300 ℃, 1000 awr) o 44%, ac mae'r ymwrthedd gwisgo a sefydlogrwydd tymheredd uchel yn cael eu gwella'n sylweddol; Gall ychwanegu La, Ce, Y a mischmetal at aloion Al Cu wella'r tymheredd uchel priodweddau'r aloion; Gall yr aloi Al-8.4% Fe-3.4% Ce, sydd wedi'i solidoli'n gyflym, weithio am amser hir o dan 400 ℃, gan wella tymheredd gweithio aloi alwminiwm yn fawr; mae Sc yn cael ei ychwanegu at aloi Al Mg Si i ffurfio Al3Sc gronynnau nad ydynt yn hawdd i'w brashau ar dymheredd uchel ac yn cyd-fynd â'r matrics i binio'r ffin grawn, fel bod yr aloi yn cynnal strwythur heb ei ail-grystaleiddio yn ystod anelio, ac yn gwella'n fawr briodweddau tymheredd uchel yr aloi.
03 Effaith Daear Prin ar Priodweddau Optegol aloion
Gall ychwanegu pridd prin i aloi alwminiwm newid strwythur ei ffilm ocsid arwyneb, gan wneud yr wyneb yn fwy llachar a hardd. Pan fydd 0.12% ~ 0.25% AG yn cael ei ychwanegu at yr aloi alwminiwm, mae adlewyrchedd y proffil ocsidiedig a lliw 6063 hyd at 92%; Pan ychwanegir 0.1% ~ 0.3% RE at aloi alwminiwm cast Al Mg, gall yr aloi gael y gorffeniad wyneb gorau a gwydnwch sglein.
04 Effaith Daear Prin ar Priodweddau Trydanol aloion
Mae ychwanegu AG at alwminiwm purdeb uchel yn niweidiol i ddargludedd yr aloi, ond gellir gwella'r dargludedd i raddau trwy ychwanegu AG briodol i alwminiwm pur diwydiannol ac aloion dargludol Al Mg Si. Mae'r canlyniadau arbrofol yn dangos bod y dargludedd alwminiwm gellir ei wella 2% ~ 3% trwy ychwanegu 0.2% RE.Gall ychwanegu ychydig o bridd prin cyfoethog yttrium i aloi Al Zr wella dargludedd yr aloi, sydd wedi'i fabwysiadu gan y rhan fwyaf o ffatrïoedd gwifren domestig; Ychwanegu olrhain daear prin i alwminiwm purdeb uchel i wneud cynhwysydd ffoil Al RE. Pan gaiff ei ddefnyddio mewn cynhyrchion 25kV, mae'r mynegai cynhwysedd yn cael ei ddyblu, mae'r cyfaint cynhwysedd fesul uned yn cynyddu 5 gwaith, mae'r pwysau'n cael ei leihau 47%, ac mae cyfaint y cynhwysydd yn cael ei leihau'n sylweddol.
05Effaith Daear Prin ar Wrthsefyll Alloy rhag Cyrydiad
Mewn rhai amgylcheddau gwasanaeth, yn enwedig ym mhresenoldeb ïonau clorid, mae aloion yn agored i gyrydiad, cyrydiad hollt, cyrydiad straen a blinder cyrydiad. Er mwyn gwella ymwrthedd cyrydiad aloion alwminiwm, mae llawer o astudiaethau wedi'u cynnal. Canfyddir y gall ychwanegu swm priodol o bridd prin at aloion alwminiwm wella eu gwrthiant cyrydiad yn effeithiol. Cafodd y samplau a wnaed trwy ychwanegu symiau gwahanol o briddoedd prin cymysg (0.1% ~ 0.5%) i alwminiwm eu socian mewn heli a dŵr môr artiffisial am dri yn olynol blynyddoedd. Mae'r canlyniadau'n dangos y gall ychwanegu ychydig bach o briddoedd prin at alwminiwm wella ymwrthedd cyrydiad alwminiwm, ac mae'r ymwrthedd cyrydiad mewn dŵr heli a dŵr môr artiffisial 24% a 32% yn uwch nag alwminiwm, yn y drefn honno; Defnyddio dull anwedd cemegol ac ychwanegu treiddiad aml-gydran daear prin (La, Ce, ac ati), gellir ffurfio haen o ffilm trawsnewid daear prin ar wyneb aloi 2024, gan wneud potensial electrod arwyneb aloi alwminiwm yn dueddol o fod yn unffurf, a gwella'r ymwrthedd i gyrydiad rhyng-gronynnog a chorydiad straen; Gall ychwanegu La at aloi alwminiwm Mg uchel wella gallu gwrth-cyrydiad morol yr aloi yn sylweddol; Gall ychwanegu 1.5% ~ 2.5% Nd at aloion alwminiwm wella'r perfformiad tymheredd uchel, aerglosrwydd a gwrthiant cyrydiad o'r aloion, a ddefnyddir yn eang fel deunyddiau awyrofod.
◆ ◆ Technoleg paratoi aloi alwminiwm daear prin ◆ ◆
Ychwanegir daear prin yn bennaf ar ffurf elfennau hybrin mewn aloion alwminiwm ac aloion eraill. Mae gan ddaear brin weithgaredd cemegol uchel, pwynt toddi uchel, ac mae'n hawdd ei ocsidio a'i losgi ar dymheredd uchel. Mae hyn wedi achosi rhai anawsterau wrth baratoi a chymhwyso aloion alwminiwm daear prin.Yn yr ymchwil arbrofol hirdymor, mae pobl yn parhau i archwilio dulliau paratoi aloion alwminiwm daear prin.Ar hyn o bryd, y prif ddulliau cynhyrchu ar gyfer paratoi aloion alwminiwm daear prin yn ddull cymysgu, dull electrolysis halen tawdd a dull lleihau aluminothermig.
01 Dull cymysgu
Dull toddi cymysg yw ychwanegu pridd prin neu fetel daear prin cymysg i hylif alwminiwm tymheredd uchel yn gymesur â gwneud aloi meistr neu aloi cymhwysiad, ac yna toddi'r prif aloi a'r alwminiwm sy'n weddill yn ôl y lwfans a gyfrifwyd gyda'i gilydd, ei droi a'i fireinio'n llawn. .
02 Electrolysis
Y dull electrolysis halen tawdd yw ychwanegu ocsid daear prin neu halen daear prin i mewn i'r gell electrolytig alwminiwm diwydiannol a electrolyze ag alwminiwm ocsid i gynhyrchu dull electrolysis halen aloi alwminiwm daear prin. Mae wedi datblygu'n gymharol gyflym yn Tsieina. Yn gyffredinol, mae dwy ffordd, sef dull catod hylif a dull ewtectoid electrolytig. Ar hyn o bryd, datblygwyd y gellir ychwanegu cyfansoddion daear prin yn uniongyrchol i gelloedd electrolytig alwminiwm diwydiannol, a gellir cynhyrchu aloion alwminiwm daear prin trwy electrolysis toddi clorid trwy ddull ewtectoid.
03 Dull lleihau aluminothermig
Oherwydd bod gan alwminiwm allu lleihau cryf, a gall alwminiwm ffurfio amrywiaeth o gyfansoddion rhyngfetelaidd â phridd prin, gellir defnyddio alwminiwm fel asiant lleihau i baratoi aloion alwminiwm daear prin. Dangosir y prif adweithiau cemegol yn y fformiwla ganlynol:
RE2O3+ 6Al→2REal2+ Al2O3
Yn eu plith, gellir defnyddio ocsid daear prin neu slag cyfoethog daear prin fel deunyddiau crai pridd prin; Gall yr asiant lleihau fod yn alwminiwm pur diwydiannol neu alwminiwm silicon; Y tymheredd lleihau yw 1400 ℃ ~ 1600 ℃. Yn y cyfnod cynnar, fe'i cludwyd allan o dan gyflwr bodolaeth asiant gwresogi a fflwcs, a byddai tymheredd gostyngiad uchel yn achosi llawer o broblemau; Yn y blynyddoedd diwethaf, mae ymchwilwyr wedi datblygu dull lleihau aluminothermig newydd. Ar dymheredd is (780 ℃), cwblheir yr adwaith lleihau aluminothermig yn y system o sodiwm fflworid a sodiwm clorid, sy'n osgoi'r problemau a achosir gan y tymheredd uchel gwreiddiol.
◆ ◆ Cais cynnydd aloi alwminiwm daear prin ◆ ◆
01 Cymhwyso aloi alwminiwm daear prin mewn diwydiant pŵer
Oherwydd manteision dargludedd da, gallu cario cerrynt mawr, cryfder uchel, gwrthsefyll traul, prosesu hawdd a bywyd gwasanaeth hir, gellir defnyddio aloi alwminiwm daear prin i gynhyrchu ceblau, llinellau trawsyrru uwchben, creiddiau gwifren, gwifrau sleidiau a gwifrau tenau ar gyfer dibenion arbennig.Gall ychwanegu ychydig bach o AG yn y system aloi Al Si wella'r dargludedd, sef oherwydd bod y silicon yn yr aloi alwminiwm yn elfen amhuredd gyda chynnwys uchel, sy'n cael mwy o effaith ar yr eiddo trydanol. Gall ychwanegu swm priodol o bridd prin wella morffoleg a dosbarthiad silicon presennol yn yr aloi, a all wella priodweddau trydanol alwminiwm yn effeithiol; Ychwanegu ychydig bach o ddaear brin gymysg yttrium neu yttrium i'r wifren aloi alwminiwm sy'n gwrthsefyll gwres. gall nid yn unig gynnal perfformiad tymheredd uchel da ond hefyd wella'r dargludedd; Gall daear prin wella cryfder tynnol, ymwrthedd gwres a gwrthiant cyrydiad system aloi alwminiwm. Gall ceblau a dargludyddion wedi'u gwneud o aloi alwminiwm daear prin gynyddu rhychwant y twr cebl ac ymestyn oes gwasanaeth ceblau.
02Cymhwyso aloi alwminiwm daear prin mewn diwydiant adeiladu
Aloi alwminiwm 6063 yw'r un a ddefnyddir fwyaf yn y diwydiant adeiladu. Gall ychwanegu 0.15% ~ 0.25% daear prin wella'n sylweddol y strwythur cast a strwythur prosesu, a gall wella'r perfformiad allwthio, effaith triniaeth wres, priodweddau mecanyddol, ymwrthedd cyrydiad, perfformiad triniaeth arwyneb a thôn lliw. Darganfyddir bod daear prin yn a ddosberthir yn bennaf mewn 6063 aloi alwminiwm α-Al yn niwtraleiddio ffin y cyfnod, ffin grawn a rhyngdendritig, ac maent yn cael eu diddymu mewn cyfansoddion neu'n bodoli ar ffurf cyfansoddion i fireinio'r strwythur dendrite a grawn, fel bod maint yr ewtectig heb ei ddiddymu a maint y dimple yn yr ardal dimple yn dod yn sylweddol llai, mae'r dosbarthiad yn unffurf, ac mae'r dwysedd yn cynyddu, fel bod priodweddau amrywiol yr aloi yn cael eu gwella i raddau amrywiol. Er enghraifft, mae cryfder y proffil yn cynyddu mwy nag 20%, mae'r elongation yn cynyddu 50%, ac mae'r gyfradd cyrydiad yn cael ei ostwng fwy na dwywaith, Mae trwch y ffilm ocsid yn cynyddu 5% ~ 8%, a mae'r eiddo lliwio yn cynyddu tua 3%. Felly, defnyddir proffiliau adeiladu aloi RE-6063 yn eang.
03Cymhwyso aloi alwminiwm daear prin mewn cynhyrchion dyddiol
Ychwanegu hybrin daear prin i alwminiwm pur a Al Mg gyfres aloion alwminiwm ar gyfer defnydd bob dydd cynhyrchion alwminiwm yn gallu gwella'n sylweddol y priodweddau mecanyddol, eiddo lluniadu dwfn a cyrydiad resistance.The angenrheidiau dyddiol megis potiau alwminiwm, sosbenni alwminiwm, platiau alwminiwm, blychau cinio alwminiwm, mae gan gynhalwyr dodrefn alwminiwm, beiciau alwminiwm, a rhannau offer cartref a wneir o aloi Al Mg RE fwy na dwywaith yr ymwrthedd cyrydiad, gostyngiad pwysau 10% ~ 15%, cynnydd cynnyrch o 10% ~ 20%, Gostyngiad cost cynhyrchu 10% ~ 15%, a gwell darlunio dwfn a pherfformiad prosesu dwfn o'i gymharu â chynhyrchion aloi alwminiwm heb ddaear prin.Ar hyn o bryd, mae angenrheidiau dyddiol aloi alwminiwm daear prin wedi'u defnyddio'n helaeth, ac mae'r cynhyrchion wedi cynyddu'n sylweddol, a yn cael eu gwerthu yn dda yn y marchnadoedd domestig a thramor.
04 Cymhwyso aloi alwminiwm daear prin mewn agweddau eraill
Gall ychwanegu ychydig filoedd o briddoedd prin yn yr aloi castio cyfres Al Si a ddefnyddir yn fwyaf eang wella perfformiad peiriannu'r aloi yn sylweddol. Mae llawer o frandiau o gynhyrchion wedi'u defnyddio mewn awyrennau, llongau, automobiles, peiriannau diesel, beiciau modur a cherbydau arfog (piston, blwch gêr, silindr, offeryniaeth a rhannau eraill). Mewn ymchwil a chymhwyso, canfyddir mai Sc yw'r elfen fwyaf effeithiol i gwneud y gorau o strwythur a phriodweddau aloion alwminiwm. Mae ganddo gryfhau gwasgariad cryf, cryfhau mireinio grawn, cryfhau toddiannau ac effeithiau cryfhau microaloi ar alwminiwm, a gall wella cryfder, caledwch, plastigrwydd, caledwch, ymwrthedd cyrydiad, ymwrthedd gwres, ac ati aloion.Sc Defnyddiwyd aloion cyfres Al yn diwydiannau uwch-dechnoleg megis awyrofod, llongau, trenau cyflym, cerbydau ysgafn, etc.C557Al Mg Zr Sc cyfres sgandium aloi alwminiwm a ddatblygwyd gan NASA cryfder uchel a thymheredd uchel a sefydlogrwydd tymheredd isel ac fe'i cymhwyswyd i ffiwslawdd awyrennau a rhannau strwythurol awyrennau; Mae'r aloi 0146Al Cu Li Sc a ddatblygwyd gan Rwsia wedi'i gymhwyso i danc tanwydd cryogenig y llong ofod.
O Gyfrol 33, Rhifyn 1 o Rare Earth gan Wang Hui, Yang An ac Yun Qi
Amser postio: Gorff-05-2023