Anvendelsen afSjælden jordVed støbning blev aluminiumslegering udført tidligere i udlandet. Selvom Kina startede forskningen og anvendelsen af dette aspekt kun i 1960'erne, har det udviklet sig hurtigt. Der er udført meget arbejde fra mekanismeforskning til praktisk anvendelse, og nogle resultater er blevet foretaget. Med tilsætning af sjældne jordelementer er de mekaniske egenskaber, støbegenskaber og elektriske egenskaber ved aluminiumslegering materialer, sjældne jordbrintopbevaringsmaterialer osv.
◆ ◆ Handlingsmekanisme for sjælden jord i aluminium og aluminiumslegering ◆ ◆ ◆
Sjælden jord har høj kemisk aktivitet, lavt potentiale og specielt elektronlagsarrangement og kan interagere med næsten alle elementer.lanthanum), Ce (cerium), Y (yttrium) og SC (Scandium). De tilsættes ofte til aluminiumsvæske med modifikatorer, nukleateringsmidler og afgasmidler, som kan rense smelten, forbedre strukturen, forfine kornet osv.
01Oprensning af sjælden jord
Som en stor mængde gas- og oxidindeslutninger (hovedsageligt brint, ilt og nitrogen) vil der blive bragt ind under smeltning og støbning af aluminiumlegering, pinholes, revner, indeslutninger og andre defekter vil forekomme i støbningen (se figur 1A), hvilket reducerer styrken af aluminiumlegering. Aluminium, reduktion af pinholehastighed og porøsitet (se figur 1B) og reduktion af indeslutninger og skadelige elementer. Hovedårsagen er, at sjælden jord har en stor affinitet med brint, hvilket kan absorbere og opløse hydrogen i store mængder og form stabile forbindelser uden at danne bobler, hvilket således reducerer hydrogenindholdet og porøsiteten af aluminuminum; Forbindelser, der for det meste fjernes i form af slagge i smelteprocessen, for at opnå formålet med at rense aluminiumsvæske.
Praksis har vist, at sjælden jord har den virkning at reducere indholdet af brint, ilt og svovl i aluminium og aluminiumslegeringer. Tilsætning af 0,1% ~ 0,3% RE i aluminiumsvæske er nyttigt til bedre at fjerne skadelige urenheder, forfine urenheder eller ændre deres morfologi, for at forfine og jævnt distribuere korn fjernet, hvilket renser aluminiumsvæske; de resterende fine partikler bliver heterogene kerner af aluminium for at forfine korn.
Fig. 1 SEM -morfologi af 7075 legering uden RE og W (RE) = 0,3%
en. Re tilføjes ikke; b. Tilføj w (re) = 0,3%
02Metamorfisme af sjælden jord
Sjælden jordmodifikation manifesteres hovedsageligt ved at raffinere korn og dendritter, der hæmmer udseendet af grov lamellær T2 -fase, hvilket eliminerer den grove massive fase, Atom og dets egenskaber er relativt aktive. Meltning i aluminiumsvæsken er meget let at fylde overfladedefekterne i legeringsfasen, hvilket reducerer overfladespændingen på grænsefladen mellem nye og gamle faser og forbedrer vækstraten af krystalkernen; på samme tid kan den også danne en overfladeaktiv film mellem kornene og smeltet væske for at forhindre vækst i det genererede korn og raffinere alloystrukturen (se figur 2B).
Fig. 2 Mikrostruktur af legeringer med forskellige re -tilføjelser
en. Re -dosering er 0; b. Re -tilføjelse er 0,3%; c. Re -tilføjelse er 0,7%
Efter at have tilføjet sjældne jordelementer, begyndte kornene i (Al) fase at blive mindre, hvilket spillede en rolle i at raffinere korn (Al) omdannet til en lille rose eller stangform, når indholdet af sjældne jord er 0,3%α -kornstørrelsen af (Al) fase er den mindste jord, og gradvist øges med den yderligere stigning i sjældne jordindhold. Holdt ved en høj temperatur i en bestemt periode, vil den sjældne jord spille den største rolle i metamorfisme. Tilsætning, antallet af krystalkerner i forbindelserne dannet af aluminium og sjælden jord øges meget, når metallegeringen krystalliserer, hvilket også gør legeringsstrukturen raffineret. Forskningen viser, at sjælden jord har en god modifikationseffekt på aluminumlumering.
03 Mikrolegeringseffekt af sjælden jord
Sjælden jord eksisterer hovedsageligt i aluminiums- og aluminiumslegeringer i tre former: fast opløsning i matrixa (AL); adskillelse ved fasegrænse, korngrænse og dendritgrænse; fast opløsning i eller i form af forbindelse. De styrkende virkninger af sjældne jordlegeringer inkluderer hovedsagelser, der hovedsageligt inkluderer kornfornedskaffelsesstyrke, finitopløsning og den anden fase styrkelse af sjældne jordforbindelser.
Eksistensen for sjælden jord i aluminium og aluminiumslegering er tæt knyttet til dens tilføjelsesbeløb. Generelt, når RE -indholdet er mindre end 0,1%, er RE's rolle hovedsageligt finkornsstyrke og endelig løsning Legeringseffekter såsom styrkelse af anden fase.
◆ ◆ Effekt af sjælden jord på egenskaber ved aluminium og aluminiumslegering ◆◆
01 Effekt af sjælden jord på omfattende mekaniske egenskaber ved legering
Styrke, hårdhed, forlængelse, brudhårdhed, slidbestandighed og andre omfattende mekaniske egenskaber ved legeringen kan forbedres ved at tilføje passende mængde sjælden jord.0,3% RE tilføjes til støbt aluminium ZL10 -serie AlloyσΣbfra 205,9 MPa til 274 MPa og Hb fra 80 til 108; tilføjer 0,42% SC til 7005 legeringσσbØget fra 314MPa til 414MPa, σ0,2Forøget fra 282MPa til 378MPa steg plasticiteten fra 6,8% til 10,1%, og højtemperaturstabiliteten blev signifikant forbedret; LA og CE kan forbedre legeringens superplasticitet markant. Tilsætning af 0,14%~ 0,64%LA til al-6mg-0,5 mn legering øger superplasticiteten fra 430%til 800%~ 1000%; en systematisk undersøgelse af Al Si-legering viser, at udbyttestyrken og den ultimative trækstyrke af legeringen kan forbedres meget ved at tilføje en passende mængde SC.Fig. 3 viser SEM-udseende af trækbrud af al-si7-mg0,8Legering, der indikerer, at det er en typisk sprød spaltningsfraktur uden RE, mens efter 0,3% RE tilsættes, vises åbenlyst dimple -struktur i bruddet, hvilket indikerer, at den har god sejhed og duktilitet.
Fig. 3 Trækfrakturmorfologi
en. Ikke tilsluttet Re; b. Tilsæt 0,3% RE
02Effekt af sjælden jord på legeringer med høj temperatur
Tilføjelse af en vis mængde afSjælden jordinto aluminum alloy can effectively improve the high-temperature oxidation resistance of aluminum alloy.Adding 1%~1.5% mixed rare earth to the cast Al Si eutectic alloy increases the high temperature strength by 33%, the high temperature rupture strength (300 ℃, 1000 hours) by 44%, and the wear resistance and high temperature stability are significantly improved;Adding La, Ce, Y and mischmetal to cast Al Cu-legeringer kan forbedre legeringens høje temperaturegenskaber; den hurtigt størknede Al-8,4% Fe-3,4% Ce-legering kan arbejde i lang tid under 400 ℃, hvilket forbedrer arbejdstemperaturen for aluminiumslegering; SC tilføjes til Al Mg Si-legeringen for at danne Al Al3SC-partikler, der ikke er lette at grave ved høj temperatur og sammenkobles med matrixen for at fastlægge korngrænsen, så legeringen opretholder en ikke-regystalliseret struktur under udglødning og forbedrer den høje temperaturegenskaber for legeringen.
03 Effekt af sjældne jord på legeringer optiske egenskaber
Tilsætning af sjælden jord til aluminiumslegering kan ændre strukturen i dens overfladeoxidfilm, hvilket gør overfladen mere lys og smuk. Når 0,12%~ 0,25%RE tilsættes til aluminiumslegeringen, tilsættes refleksionsevnen af den oxiderede og farvede 6063 -profil op til 92%; når 0,1%~ 0,3%RE tilsættes til Al Mg støbt aluminumlegering, alloyen kan opnå den bedste overflade og glansen distid.
04 Effekt af sjælden jord på legeringernes elektriske egenskaber
Tilføjelse af re til aluminium med høj renhed er skadelig for legeringens ledningsevne, men ledningsevnen kan til en vis grad forbedres ved at tilføje passende re til industrielt rent aluminium og al mg si ledende legeringer. De eksperimentelle resultater viser, at ledningsevnen af aluminium til almen kan forbedres med 2% ~ 3% ved at tilføje 0,2% omlægning af en lille mængde af yttriumrium til aluminium til al ZR Legeringen, der er blevet vedtaget af de fleste indenlandske ledningsfabrikker; tilføj spor sjælden jord til aluminium med høj renhed for at gøre al re-folie-kondensator. Når det bruges i 25 kV -produkter, fordobles kapacitansindekset, kapaciteten pr. Enhedsvolumen øges med 5 gange, vægten reduceres med 47%, og kondensatorvolumen reduceres markant.
05Effekt af sjælden jord på korrosionsmodstand af legering
I nogle servicemiljøer, især i nærvær af chloridioner, er legeringer sårbare over for korrosion, spalte -korrosion, stresskorrosion og korrosion træthed. I orden for at forbedre korrosionsmodstanden for aluminiumslegeringer er der blevet udført mange undersøgelser. Det konstateres, at tilføjelse af passende mængde sjælden jord til aluminiumslegeringer effektivt kan forbedre deres korrosionsmodstand. Prøverne, der blev foretaget ved at tilføje forskellige mængder blandede sjældne jordarter (0,1%~ 0,5%) til aluminium, blev gennemvædet i saltvand og kunstigt havvand i tre på hinanden følgende år. The results show that adding a small amount of rare earths to aluminum can improve the corrosion resistance of aluminum, and the corrosion resistance in brine and artificial seawater is 24% and 32% higher than that of aluminum, respectively;Using chemical vapor method and adding rare earth multi-component penetrant (La, Ce, etc.), a layer of rare earth conversion film can be formed on the surface of 2024 alloy, making the surface Elektrodepotentialet for aluminiumslegering har en tendens til at være ensartet, og at forbedre modstanden mod intergranulær korrosion og stresskorrosion; tilføjelse af LA til høj mg aluminiumlegering kan væsentligt forbedre den high-marine-korrosionsevne for alareringen og tilsætning af 1,5% ~ 2,5% og til aluminiumsaldene kan forbedre høj-temaernes ydeevne, lufttæt tæthed og korrosionsbestand Luftfartsmaterialer.
◆ ◆ Forberedelsesteknologi med sjælden jordaluminiumslegering ◆ ◆ ◆
Sjælden jord tilsættes for det meste i form af sporelementer i aluminiumslegeringer og andre legeringer. Sjælden jord har høj kemisk aktivitet, højt smeltepunkt og er let at blive oxideret og brændt ved høje temperaturer. Dette har forårsaget visse vanskeligheder ved fremstilling og anvendelse af sjældne jordaluminiumslegeringer. I den langsigtede eksperimentelle forskning fortsætter folk med at undersøge fremstillingsmetoderne for sjældne jordaluminiumslegeringer. Til stede, de vigtigste produktionsmetoder til fremstilling af sjældne jordaluminiumlegeringer er blandingsmetode, smeltet saltelektrolysemetode og aluminothermisk reduktionsmetode.
01 Blandingsmetode
Blandet smeltemetode er at tilføje sjælden jord eller blandet sjældne jordmetal i høj-temperatur aluminiumsvæske i forhold til at fremstille masterlegering eller påføringslegering og derefter smelte masterlegeringen og den resterende aluminium i henhold til den beregnede godtgørelse sammen, rør og forfines fuldt ud.
02 Elektrolyse
Den smeltede saltelektrolysemetode er at tilsætte sjælden jordoxid eller sjælden jordsalt i den industrielle aluminiumselektrolytisk celle, og elektrolysen med aluminiumoxid for at producere sjældne jordaluminiumslegering. Molten saltelektrolysemetode har udviklet sig relativt hurtigt i Kina. Generelt er der to måder, nemlig flydende katodemetode og elektrolytisk eutektoidmetode. På nuværende tidspunkt er det blevet udviklet, at sjældne jordforbindelser kan tilsættes direkte til industrielle aluminiumselektrolytiske celler, og sjældne jordaluminiumslegeringer kan produceres ved elektrolyse af chloridsmeltninger ved eutektoidmetode.
03 Aluminotermisk reduktionsmetode
Da aluminium har en stærk reduktionsevne, og aluminium kan danne en række intermetalliske forbindelser med sjældne jord, kan aluminium bruges som et reducerende middel til at fremstille sjældne jordaluminiumslegeringer. De vigtigste kemiske reaktioner er vist i følgende formel:
RE2O3+ 6Al → 2real2+ Al2O3
Blandt dem kan sjældne jordoxid eller sjældne jordrige slagge bruges som sjældne jordråmaterialer; reduktionsmidlet kan være industrielt rent aluminium eller siliciumaluminium; reduktionstemperaturen er 1400 ℃ ~ 1600 ℃. I de tidlige fase blev det udført under betingelsen af eksistensen af opvarmningsmiddel og flux, og høj reduktionstemperatur ville forårsage mange problemer; i de senere år har forskere udviklet en ny alumintering af eksistensen af opvarmningsmedlem og flux, og høj reduktionsmæssig temperatur ville forårsage mange problemer; i de senere år har forskerne udviklet en ny alumintering af eksistensen af opvarmningsmetod. Ved en lavere temperatur (780 ℃) afsluttes den aluminotermiske reduktionsreaktion i systemet med natriumfluorid og natriumchlorid, som undgår problemerne forårsaget af den oprindelige høje temperatur.
◆ ◆ Anvendelsesprogress for sjælden jordaluminiumslegering ◆ ◆ ◆
01 Anvendelse af sjældne jordaluminiumslegering i kraftindustrien
På grund af fordelene ved god ledningsevne, stor strømkapacitet, høj styrke, slidstyrke, let forarbejdning og lang levetid, kan sjælden jordaluminiumlegering bruges til at fremstille kabler, overheadoverførselslinjer, trådkerner, glide ledninger og tynde ledninger til specielle formål. Tilfældet en lille mængde af Re i Al Si -legeringssystemet kan forbedre ledningsevnen, hvilket skyldes, Indhold, der har større indflydelse på de elektriske egenskaber. Tilføjelse af en passende mængde sjælden jord kan forbedre den eksisterende morfologi og distribution af silicium i legeringen, hvilket effektivt kan forbedre de elektriske egenskaber ved aluminium; tilsætning af en lille mængde yttrium eller yttriumrige blandet sjældne jord til den varmebestandige aluminiumlegering kan ikke kun opretholde god høj-temperatur ydeevne, men også forbedre ledningsevnen; sjælden jord kan forbedre den tensile styrke, varmemodstand og korros kan ikke Aluminiumslegeringssystem. Kabler og ledere lavet af sjældne jordaluminiumslegering kan øge spændvidden for kabeltårnet og forlænge kablernes levetid.
02Anvendelse af sjældne jordaluminiumslegering i byggebranchen
6063 Aluminiumslegering er den mest anvendte i byggebranchen. Adding 0.15%~0.25% rare earth can significantly improve the as cast structure and processing structure, and can improve the extrusion performance, heat treatment effect, mechanical properties, corrosion resistance, surface treatment performance and color tone.It is found that rare earth is mainly distributed in 6063 aluminum alloyα-Al neutralizes the phase boundary, grain boundary and interdendritic, and they are dissolved in compounds or exist in the form of Forbindelser til at forfine dendritstrukturen og kornene, så størrelsen på den uopløste eutektiske og størrelsen af dimple i dimple -området bliver markant mindre, er fordelingen ensartet, og densiteten øges, så de forskellige egenskaber ved legeringen forbedres i forskellige grader. For eksempel øges styrken af profilen med mere end 20%, forlængelsen øges med 50%, og korrosionshastigheden reduceres med mere end to gange, øges tykkelsen af oxidfilmen med 5%~ 8%, og farvelægningsegenskabet øges med ca. 3%. Derfor er RE-6063-legeringsbygningsprofiler bredt brugt.
03Anvendelse af sjældne jordaluminiumslegering i daglige produkter
Tilføjelse af spor sjælden jord til rent aluminium og Al MG -serie aluminiumslegeringer til daglig brug af aluminiumsprodukter kan forbedre de mekaniske egenskaber, dyb tegning af egenskab og korrosionsbestandighed. De daglige fornødenheder såsom aluminiumsgryder, aluminiumspander, aluminiumsdele, aluminiumsfrokost, aluminiumsmøbler understøtter aluminiumcykler, aluminiumplader, aluminiums frokostbokse, aluminiumsmøbler, Legering har mere end dobbelt så stor korrosionsmodstand, 10% ~ 15% vægttab, 10% ~ 20% udbytteforøgelse, 10% ~ 15% produktionsomkostningsreduktion og bedre dyb tegning og dyb behandlingsydelse sammenlignet med aluminiumslegeringsprodukter uden sjælden jord. På det daglige er de daglige nødvendigheder for sjældne jordaluminiumlegering blevet brugt i vid udstrækning, og produkterne er steget markant og sælges godt i de indenlandske og udenlandske markeder.
04 Anvendelse af sjældne jordaluminiumslegering i andre aspekter
Tilføjelse af et par tusinde af sjældne jord i den mest anvendte Al Si -serie, der støbningslegering, kan forbedre legeringens bearbejdningsydelse markant. Mange mærker af produkter er blevet brugt i fly, skibe, biler, dieselmotorer, motorcykler og pansrede køretøjer (stempel, gearkasse, cylinder, instrumentering og andre dele). I forskning og anvendelse er det konstateret, at SC er det mest effektive element til at optimere strukturen og egenskaberne af aluminiumlegeringer. Det har stærk styrkelse af spredning, styrkelse af kornforfining, styrkelse af opløsning og styrkelse af mikroalloy på aluminium og kan forbedre styrken, hårdheden, plasticitet, sejhed, korrosionsbestandighed, varmemodstand osv. Af legeringer. Legering udviklet af NASA har høj styrke og høj temperatur og lav temperaturstabilitet og er blevet påført på flykryggeri og strukturelle dele 0146al Cu Li SC -legering udviklet af Rusland er blevet anvendt på den kryogene brændstoftank i rumfartøjet.
Fra bind 33, nummer 1 af Rare Earth af Wang Hui, Yang An og Yun Qi
Posttid: Jul-05-2023