تأثیر زمین نادر بر روی آلیاژهای آلومینیوم و آلومینیوم

کاربردزمین نادردر ریخته گری آلیاژ آلومینیوم در اوایل خارج از کشور انجام شد. اگرچه چین تحقیقات و کاربرد این جنبه را فقط در دهه 1960 آغاز کرد ، اما به سرعت توسعه یافته است. کار زیادی از تحقیقات مکانیسم تا کاربردهای عملی انجام شده است ، و برخی از دستاوردها انجام شده است. با افزودن عناصر خاکی نادر ، خصوصیات مکانیکی ، خواص ریخته گری و خواص الکتریکی آلیاژهای آلومینیوم ، بسیار بهبود یافته است. و غیره

◆ ◆ مکانیسم عمل زمین نادر در آلیاژ آلومینیوم و آلومینیوم ◆ ◆

زمین نادر دارای فعالیت شیمیایی بالایی ، چیدمان لایه الکترونی پتانسیل و ویژه است و تقریباً با همه عناصر می تواند در تعامل باشد. زمین هایی که معمولاً در آلیاژهای آلومینیوم و آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرند شامل LA هستند (لانتان) ، ce (سریم) ، y (یدتیم) و SC (رسوایی). آنها غالباً با اصلاح کننده ها ، عوامل هسته ای و مواد مخدر به مایعات آلومینیومی اضافه می شوند که می توانند ذوب را تصفیه کنند ، ساختار را بهبود بخشند ، دانه را اصلاح کنند و غیره.

01تصفیه زمین نادر

به عنوان مقدار زیادی از اجزاء گاز و اکسید (عمدتا هیدروژن ، اکسیژن و نیتروژن) در هنگام ذوب و ریخته گری آلیاژ آلومینیوم ، پین ها ، ترک ها ، اجزاء و سایر نقایص در ریخته گری رخ می دهد (نگاه کنید به شکل 1A) ، کاهش قدرت آلیاژ آلوئیل ، اثر تصفیه آلوئیل ، عمدتاً کاهش یافته در مولیوم آشکار از پینروم آشکار شده است. تخلخل (شکل 1B را ببینید) ، و کاهش اجزاء و عناصر مضر است. دلیل اصلی این است که زمین نادر دارای یک میل زیاد با هیدروژن است ، که می تواند هیدروژن را در مقادیر زیادی جذب و حل کند و ترکیبات پایدار را بدون تشکیل حباب تشکیل دهد ، بنابراین به طور قابل توجهی محتوای هیدروژن و تخلخل به طور قابل توجهی را کاهش می دهد. برای دستیابی به هدف تصفیه مایعات آلومینیومی.

عمل ثابت کرده است که زمین نادر تأثیر کاهش محتوای هیدروژن ، اکسیژن و گوگرد در آلیاژهای آلومینیوم و آلومینیوم را دارد. افزودن 0.3 ~ 0.3 ٪ RE در مایع آلومینیوم برای از بین بردن بهتر ناخالصی های مضر ، پافواری پافوری یا تغییر مورفولوژی آنها مفید است ، به طوری که برای تصفیه و به طور مساوی توزیع دانه ها ؛ علاوه بر این ، ناخالصی های مضر با سس ذوب کم مانند Res ، and Repb ، که با استفاده از Ploties Compeny ، و با چیدگی های کم چیدمان ، و با چیدگی بالا ، و با چیدگی بالا ، و با چیدگی بالا ، و با چیدمان کم ، و با چیدگی بالا ، و با چیدمان بالا ، و با چیدمان بالا ، و با چیدمان های کم چیدمان ، و با چیدمان بالا ، و با چیدمان بالا ، و با چیدمان های کم چیدمان ، و با چیدمان بالا ، و با چیدمان بالا ، و با چیدگی بالا ، و با چیدمان های کم مصرف ، و با تراکم بالا ، و با چیدمان های کم مصرف می شوند. حذف شده ، در نتیجه تصفیه مایع آلومینیومی ؛ ذرات ریز باقی مانده به هسته های ناهمگن آلومینیوم تبدیل می شوند تا دانه ها را تصفیه کنند.

شکل 1 مورفولوژی SEM از 7075 آلیاژ بدون RE و W (دوباره) = 0.3 ٪

الف RE اضافه نشده است ؛ b. W (re) = 0.3 ٪ را اضافه کنید

02دگرگونی زمین نادر

اصلاح زمین نادر عمدتاً در پالایش دانه ها و دندریت ها آشکار می شود ، مهار ظاهر فاز لامپ در درشت T2 ، از بین بردن فاز عظیم درشت توزیع شده در کریستال اولیه و تشکیل فاز کروی ، به گونه ای که نوار و ترکیبات قطعه در مرز دانه به طور قابل توجهی کاهش می یابد (شکل 2) از ATOM ATOM EARMIAS RARE به طور قابل توجهی نسبتاً فعال ذوب شدن در مایع آلومینیوم بسیار آسان است که نقص سطح فاز آلیاژ را پر کنید ، که باعث کاهش تنش سطح در رابط بین فازهای جدید و قدیمی می شود و سرعت رشد هسته کریستال را بهبود می بخشد ؛ در همان زمان ، همچنین می تواند یک فیلم سطح فعال بین دانه ها و مایع مذاب را تشکیل دهد تا از رشد دانه های تولید شده جلوگیری کند و از ساختار آلیاژ استفاده کنید (شکل 2B).

شکل 2 ریزساختار آلیاژها با افزودن مجدد متفاوت

الف دوز مجدد 0 است ؛ b. علاوه بر این ، 0.3 ٪ است. c. افزودن مجدد 0.7 ٪ است

پس از افزودن عناصر خاکی نادر زمین ، دانه های فاز (al) کوچکتر شدند ، که در پالایش Grainsα (AL) به شکل گل رز یا میله کوچک تبدیل شده است ، هنگامی که محتوای زمین نادر 0.3 ٪ αThe اندازه دانه (Al) است ، کوچکترین و به تدریج با افزایش بیشتر محتوای زمین نادر افزایش می یابد. برای مدت معینی ، زمین نادر بیشترین نقش را در دگرگونی بازی خواهد کرد. علاوه بر این ، تعداد هسته های کریستالی ترکیبات تشکیل شده توسط آلومینیوم و زمین نادر وقتی که فلز متبلور می شود ، تا حد زیادی افزایش می یابد ، که باعث می شود ساختار آلیاژ تصفیه شود.

03 اثر ریزگردها از زمین نادر

زمین نادر عمدتا در آلیاژهای آلومینیوم و آلومینیوم به سه شکل وجود دارد: محلول جامد در ماتریس α (AL) ؛ تفکیک در مرز فاز ، مرز دانه و مرز دندریت ؛ محلول جامد در یا به شکل ترکیب. اثرات تقویت کننده زمین نادر در آلومینیوم عمدتا شامل تقویت مجدد دانه ، تقویت محلول نادر است که تقویت کننده زمین است.

شکل وجود زمین نادر در آلیاژ آلومینیوم و آلومینیوم از نزدیک با مقدار اضافی آن مرتبط است. به طور کلی ، هنگامی که محتوای RE کمتر از 0.1 ٪ باشد ، نقش RE به طور عمده تقویت دانه ریز و تقویت محلول محدود است ؛ هنگامی که محتوای RE 0.25 ~ 0.30 ٪ است ، re و al تعداد زیادی از میله های کروی یا کوتاه مانند ترکیبات بین فلزی را تشکیل می دهند ، که در مرز دانه یا دانه توزیع می شوند ، و تعداد زیادی از ساختار میکرواژ شده و فرسودگی های خاکستری ریزه های ریز ریزه به عنوان تقویت مرحله دوم.

◆ ◆ تأثیر زمین نادر بر خواص آلیاژ آلومینیوم و آلومینیوم◆

01 تأثیر زمین نادر بر خصوصیات مکانیکی جامع آلیاژ

قدرت ، سختی ، کشیدگی ، چقرمگی شکستگی ، مقاومت در برابر سایش و سایر خصوصیات مکانیکی جامع آلیاژ با افزودن مقدار مناسب زمین نادر قابل بهبود است .0.3 ٪ RE به بازیگران آلیاژ سری ZL10 آلومینیوم اضافه می شود_bاز 205.9 MPa به 274 MPa و HB از 80 تا 108 ؛ اضافه کردن 0.42 ٪ SC به 7005 آلیاژ_bاز 314MPa به 414MPa ، σ افزایش یافته است_0.2از 282MPa به 378MPA افزایش یافته ، انعطاف پذیری از 6.8 ٪ به 10.1 ٪ افزایش یافته و ثبات درجه حرارت بالا به طور قابل توجهی افزایش یافته است ؛ LA و CE می توانند به طور قابل توجهی سوپر پلاستیک آلیاژ را بهبود بخشند. با افزودن 0.64 ~ 0.64 ٪ LA به آلیاژ AL-6MG-0.5MN ، ابر پلاستیکی را از 430 ٪ به 800 ٪ 1000 ٪ افزایش می دهد ؛ یک مطالعه سیستماتیک آلیاژ آل Si نشان می دهد که قدرت عملکرد و قدرت کششی نهایی آلیاژ با افزودن مقدار مناسب SC.FIG می تواند بسیار بهبود یابد. 3 ظاهر SEM شکستگی کششی AL-SI7-MG را نشان می دهد_0.8آلیاژ ، که نشان می دهد این یک شکستگی شکاف شکننده معمولی بدون RE است ، در حالی که پس از اضافه شدن 0.3 ٪ دوباره ، ساختار آشکار کم نور در شکستگی ظاهر می شود ، که نشان می دهد از چقرمگی و انعطاف پذیری خوبی برخوردار است.

شکل 3 مورفولوژی شکستگی کششی

الف به re ؛ b. 0.3 ٪ دوباره اضافه کنید

02تأثیر زمین نادر بر خواص درجه حرارت بالا آلیاژها

اضافه کردن مقدار مشخصی اززمین نادربه آلیاژ آلومینیوم می تواند به طور موثری مقاومت اکسیداسیون دمای بالا از آلیاژ آلومینیوم را بهبود بخشد. افزودنی 1 ٪ ~ 1.5 ٪ زمین نادر مخلوط به آلیاژ aly aly eutectic Cast al Si ، قدرت درجه حرارت بالا را 33 ٪ افزایش می دهد ، مقاومت پارگی درجه حرارت بالا (300 ℃ ، 1000 ساعت) توسط 44 ٪ ، و مقاومت در برابر سایش و استحکام دما بالا می رود ؛ آلیاژهای مس می توانند خواص درجه حرارت بالا آلیاژها را بهبود بخشند ؛ آلیاژ AL-8.4 ٪ FE-3.4 ٪ CE می تواند برای مدت طولانی زیر 400 ℃ کار کند ، تا به شدت دمای کار آلیاژ آلومینیوم را بهبود بخشد ؛ SC به آلیاژ AL MG SI اضافه می شود₃ذرات SC که در دمای بالا به راحتی درشت نمی شوند و با ماتریس در هم می آمیزند تا مرز دانه را پین کنند ، به طوری که آلیاژ یک ساختار غیرقانونی را در حین بازپخت حفظ می کند و خصوصیات درجه حرارت بالا آلیاژ را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

03 تأثیر زمین نادر بر خواص نوری آلیاژها

اضافه کردن زمین نادر به آلیاژ آلومینیوم می تواند ساختار فیلم اکسید سطح آن را تغییر دهد ، و سطح آن را روشن تر و زیبا تر می کند. در حالی که 0.12 ٪ 0.25 ~ RE به آلیاژ آلومینیوم اضافه می شود ، بازتابی از مشخصات اکسیده شده و رنگی 6063 تا 92 ٪ است ؛ هنگامی که 0.1 ~ 0.3 ٪ re دوباره به All Mg Allinumain Allyoym Allyoy ، Allynaine Allyoys اضافه می شود.

04 تأثیر زمین نادر بر خواص الکتریکی آلیاژها

افزودن دوباره به آلومینیوم با خلوص بالا برای هدایت آلیاژ مضر است ، اما با افزودن Re مناسب به آلومینیوم خالص صنعتی و آلیاژهای رسانا ، آلیاژهای رسانا ، می توان رسانایی را به میزان معینی بهبود بخشید. که توسط اکثر کارخانه های سیم داخلی به تصویب رسیده است ؛ اثری از زمین نادر را به آلومینیوم با خلوص بالا اضافه کنید تا خازن فویل آل را ایجاد کند. هنگامی که در محصولات 25 کیلو ولت استفاده می شود ، شاخص خازن دو برابر می شود ، ظرفیت در هر واحد حجم 5 برابر افزایش می یابد ، وزن 47 ٪ کاهش می یابد و حجم خازن به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

05تأثیر زمین نادر بر مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ

در برخی از محیط های خدماتی ، به ویژه در حضور یونهای کلرید ، آلیاژها در برابر خوردگی ، خوردگی شکاف ، خوردگی استرس و خستگی خوردگی آسیب پذیر هستند. به منظور بهبود مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای آلومینیوم ، مطالعات بسیاری انجام شده است. مشخص شده است که اضافه کردن مقدار مناسب زمین نادر به آلیاژهای آلومینیوم می تواند به طور موثری مقاومت در برابر خوردگی آنها را بهبود بخشد. نمونه های ساخته شده با اضافه کردن مقادیر مختلف زمین های نادر مخلوط (0.5 ~ 0.5)) به آلومینیوم به مدت سه سال متوالی در آب نمک و آب مصنوعی خیس شدند. نتایج نشان می دهد که اضافه کردن مقدار کمی از زمین های نادر به آلومینیوم می تواند مقاومت خوردگی آلومینیوم را بهبود بخشد ، و مقاومت به خوردگی در آب آب نمک و مصنوعی 24 ٪ و 32 ٪ بالاتر از آلومینیوم است ، به ترتیب ؛ با استفاده از روش بخار شیمیایی و اضافه کردن آلوده به زمین نادر چند ماده (La ، Ce ، و غیره) ، یک لایه از رونده های نادر پتانسیل الکترود آلیاژ آلومینیوم یکنواخت است و بهبود مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای و خوردگی استرس ؛ اضافه کردن LA به آلیاژ آلومینیومی بالا می تواند به طور قابل توجهی توانایی خوردگی ضد دریایی را بهبود بخشد و افزودن 1.5 ٪ ~ 2.5 ٪ ND به آلیاژهای گسترده می تواند باعث بهبود عملکرد تناسب اندام ، گرمای بالا و گرم شدن شود. مواد

◆ ◆ فناوری آماده سازی آلیاژ آلومینیوم زمین نادر ◆ ◆ ◆

زمین نادر بیشتر به شکل عناصر کمیاب در آلیاژهای آلومینیوم و سایر آلیاژها اضافه می شود. زمین نادر دارای فعالیت شیمیایی بالایی ، نقطه ذوب بالا است و در دماهای بالا به راحتی اکسیده و سوزانده می شود. این امر باعث ایجاد مشکلات خاصی در تهیه و استفاده از آلیاژهای آلومینیوم نادر زمین شده است. در تحقیقات تجربی طولانی مدت ، مردم همچنان به بررسی روشهای آماده سازی آلیاژهای آلومینیومی نادر زمین می پردازند. در حال حاضر ، روش های اصلی تولید آلیاژهای آلومینیومی نادر زمین روش اختلاط ، روش الکترولیز نمک مذاب و روش کاهش آلومینتتریک است.

01 روش اختلاط

روش ذوب مخلوط اضافه کردن زمین نادر یا فلز نادر زمین نادر در مایع آلومینیومی با درجه حرارت بالا به نسبت برای ساخت آلیاژ اصلی یا آلیاژ کاربردی است و سپس آلیاژ مستر و آلومینیوم باقیمانده را با توجه به کمک هزینه محاسبه شده با هم ذوب می کند ، کاملاً هم بزنید و پالایش کنید.

02 الکترولیز

روش الکترولیز نمکی مذاب اضافه کردن اکسید زمین نادر یا نمک نادر زمین به سلول الکترولیتی آلومینیومی صنعتی و الکترولیز با اکسید آلومینیوم برای تولید آلیاژ آلومینیوم خاکی نادر است. روش الکترولیز نمکی مولتن در چین نسبتاً سریع ایجاد شده است. به طور کلی ، دو روش وجود دارد ، یعنی روش کاتد مایع و روش اتکتوئید الکترولیتیک. در حال حاضر ، توسعه یافته است که ترکیبات نادر زمین را می توان به طور مستقیم به سلولهای الکترولیتی آلومینیومی صنعتی اضافه کرد و آلیاژهای آلومینیومی نادر زمین با استفاده از الکترولیز ذوب کلرید به روش eutectoid می توانند تولید شوند.

03 روش کاهش آلومینوترمیک

از آنجا که آلومینیوم توانایی کاهش قوی دارد و آلومینیوم می تواند انواع مختلفی از ترکیبات بین فلزی با زمین نادر را تشکیل دهد ، می توان از آلومینیوم به عنوان یک عامل کاهش دهنده برای تهیه آلیاژهای آلومینیوم زمین نادر استفاده کرد. واکنش های شیمیایی اصلی در فرمول زیر نشان داده شده است:

RE₂O₃+ 6al → 2Real₂+₂O₃

در میان آنها ، اکسید زمین نادر یا سرباره غنی از زمین نادر می تواند به عنوان مواد اولیه نادر زمین مورد استفاده قرار گیرد ؛ ماده کاهش دهنده می تواند آلومینیوم خالص صنعتی یا آلومینیوم سیلیکون باشد ؛ در مرحله اولیه 1600 ℃. در مرحله اولیه ، تحت شرایط وجود عامل گرمایش و شار انجام شده است ، و آلومینیوم کاهش می یابد و دما کاهش می یابد که در سالهای جدید ایجاد شده است. در دمای پایین تر (780 ℃) ، واکنش کاهش آلومینترمیک در سیستم فلوراید سدیم و کلرید سدیم تکمیل می شود ، که از مشکلات ناشی از درجه حرارت بالا اصلی جلوگیری می کند.

◆ ◆ پیشرفت کاربرد آلیاژ آلومینیوم زمین نادر ◆ ◆ ◆

01 استفاده از آلیاژ آلومینیوم نادر زمین در صنعت برق

با توجه به مزایای هدایت خوب ، ظرفیت حمل جریان بزرگ ، مقاومت بالا ، مقاومت در برابر سایش ، پردازش آسان و عمر طولانی ، آلیاژ آلومینیومی نادر زمین می تواند برای ساخت کابل ها ، خطوط انتقال سربار ، سیم های سیم ، سیم های کشویی و سیم های نازک برای اهداف خاص استفاده شود. تأثیر بیشتر بر خواص الکتریکی. افزودن مقدار مناسب زمین نادر می تواند مورفولوژی موجود و توزیع سیلیکون موجود در آلیاژ را بهبود بخشد ، که می تواند به طور موثری خواص الکتریکی آلومینیوم را بهبود بخشد ؛ اضافه کردن مقدار کمی از yttrium یا yttrium غنی از زمین نادر به سیم آلیاژی مقاوم در برابر گرما می تواند نه تنها می تواند عملکردی با دمای بالا را حفظ کند ، بلکه می تواند مقاومت در برابر تانسیل را بهبود بخشد. سیستم آلیاژ. کابل ها و هادی های ساخته شده از آلیاژ آلومینیومی نادر زمین می توانند طول برج کابل را افزایش داده و عمر سرویس کابل ها را افزایش دهند.

02استفاده از آلیاژ آلومینیوم نادر زمین در صنعت ساخت و ساز

6063 آلیاژ آلومینیوم بیشترین استفاده در صنعت ساخت و ساز است. با افزودن 0.15 ~ 0.25 ~25 ٪ زمین نادر می تواند به طور قابل توجهی ساختار بازیگران و ساختار پردازش را بهبود بخشد و می تواند عملکرد اکستروژن ، اثر گرمازدگی ، خصوصیات مکانیکی ، مقاومت در برابر خوردگی ، عملکرد سطح و صدای رنگ را بهبود بخشد. مشخص شده است که زمین نادر به طور عمده در 6063 آلیاژ آلومینیوم خنثی می شود و ترکیبات آن مرز فاز ، مرز دانه و مجدداً ایجاد می شود و مجدداً بازسازی می شود و بازسازی مجدد است و مجدداً بازسازی می شود و بازپرداخت می کند و دوباره ایجاد می شود. ساختار دندریت و دانه ها ، به گونه ای که اندازه ی اوتکتیک حل نشده و اندازه کم نور در ناحیه کم نور به طور قابل توجهی کوچکتر شود ، توزیع یکنواخت است و چگالی افزایش می یابد ، به طوری که خواص مختلف آلیاژ تا درجات مختلف بهبود می یابد. به عنوان مثال ، قدرت پروفایل بیش از 20 ٪ افزایش می یابد ، کشیدگی 50 ٪ افزایش می یابد و میزان خوردگی بیش از دو بار کاهش می یابد ، ضخامت فیلم اکسید 5 ٪ 8 ٪ افزایش می یابد ، و خاصیت رنگ آمیزی حدود 3 ٪ افزایش می یابد. از این رو ، دوباره از پروفایل های ساختمان آلیاژ استفاده می شود.

03استفاده از آلیاژ آلومینیوم نادر زمین در محصولات روزانه

Adding trace rare earth to pure aluminum and Al Mg series aluminum alloys for daily use aluminum products can significantly improve the mechanical properties, deep drawing property and corrosion resistance.The daily necessities such as aluminum pots, aluminum pans, aluminum plates, aluminum lunch boxes, aluminum furniture supports, aluminum bicycles, and home appliance parts made of Al Mg RE alloy have more than twice the corrosion مقاومت ، کاهش وزن 15 ٪ 10 ٪ ، 10 ٪ 20 ٪ افزایش عملکرد ، 10 ٪ ~ 15 ٪ کاهش هزینه تولید و عملکرد عمیق و عملکرد عمیق پردازش در مقایسه با محصولات آلیاژ آلومینیوم بدون زمین نادر.

04 استفاده از آلیاژ آلومینیوم نادر زمین در جنبه های دیگر

اضافه کردن چند هزارم از زمین نادر در پرکاربردترین آلیاژ ریخته گری سری Al Si می تواند عملکرد ماشینکاری آلیاژ را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. بسیاری از مارک های محصولات در هواپیما ، کشتی ، اتومبیل ، موتورهای دیزلی ، موتور سیکلت و وسایل نقلیه زره پوش (پیستون ، گیربکس ، سیلندر ، ابزار دقیق و سایر قسمت ها) مورد استفاده قرار گرفته است. در تحقیقات و کاربرد ، مشخص شده است که SC مؤثرترین عنصر برای بهینه سازی ساختار و خواص آلیاژهای آلومینیوم است. این گیاه دارای تقویت پراکندگی شدید ، تقویت پالایش دانه ، تقویت محلول و اثرات تقویت میکروالوی بر روی آلومینیوم است و می تواند قدرت ، سختی ، پلاستیک بودن ، مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر گرما ، و غیره را بهبود بخشد. آلیاژهای سری Al در صنایع با تکنولوژی بالا مانند هوافضا ، کشتی ها ، عرفان پر از قاشق و دارایی های پر از آب و غیره استفاده شده است. توسعه یافته توسط ناسا دارای استحکام بالا و درجه حرارت بالا و ثبات دمای پایین است و در مورد بدنه هواپیما و قطعات ساختاری هواپیما اعمال شده است ؛ آلیاژ 0146al Cu Li SC که توسط روسیه ساخته شده است ، در مخزن سوخت کرایوژنیک فضاپیما اعمال شده است.

از جلد 33 ، شماره 1 زمین نادر توسط وانگ هوی ، یانگ آن و یون چی