L'application deterres raresEn casting d'aluminium, l'alliage a été effectué plus tôt à l'étranger. Bien que la Chine ait commencé la recherche et l'application de cet aspect uniquement dans les années 1960, elle s'est développée rapidement. De nombreux travaux ont été effectués de la recherche sur les mécanismes à une application pratique, et certaines réalisations ont été réalisées. Avec l'ajout d'éléments de terres rares, les propriétés mécaniques, les propriétés de coulée et les propriétés électriques, les riches alliages en aluminium ont été considérablement améliorés Matériaux de stockage d'hydrogène, etc.
◆ ◆ Mécanisme d'action des terres rares en aluminium et alliage d'aluminium ◆ ◆
Les terres rares ont une activité chimique élevée, un potentiel faible et une disposition spéciale de couche électronique, et peuvent interagir avec presque tous les éléments.lanthane), Ce (cérium), Y (yttrium) et sc (scandium). Ils sont souvent ajoutés dans du liquide en aluminium avec des modificateurs, des agents de nucléation et des agents dégazés, qui peuvent purifier la fonte, améliorer la structure, affiner le grain, etc.
01Purification des terres rares
Comme une grande quantité d'inclusions de gaz et d'oxyde (principalement de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote) seront introduites pendant la fusion et la coulée d'alliage en aluminium, des pivottes, des fissures, des inclusions et d'autres défauts se produiront dans la coulée (voir figure 1A), réduisant la résistance de l'alliage d'aluminium. Réduction de la vitesse et de la porosité du trou d'épingle (voir figure 1b), et la réduction des inclusions et des éléments nocifs. Le processus de fusion, afin d'atteindre le but de la purification du liquide en aluminium.
La pratique a prouvé que les terres rares ont pour effet de réduire la teneur en hydrogène, à l'oxygène et au soufre dans les alliages en aluminium et en aluminium. L'ajout de 0,1% à 0,3% de RE dans du liquide en aluminium est utile pour mieux éliminer les impuretés nocives, affiner les impuretés ou modifier leur morphologie, afin d'affiner et de distribuer uniformément les grains; Scolarisé et retiré, purifiant ainsi le liquide en aluminium; les particules fines restantes deviennent des noyaux hétérogènes de l'aluminium pour affiner les grains.
Fig. 1 Morphologie SEM de 7075 alliage sans re et w (re) = 0,3%
un. Re n'est pas ajouté; b. Ajouter w (re) = 0,3%
02Métamorphisme des terres rares
La modification des terres rares se manifeste principalement dans le raffinage des grains et des dendrites, inhibant l'apparence de la phase t2 lamellaire grossière, éliminant la phase massive grossière distribuée dans le cristal primaire et formant une phase sphérique, de sorte que les composés de bande et de fragment à la limite des grains sont significativement réduits (voir la figure 2). sont relativement actifs. La fusion du liquide en aluminium est très facile à remplir les défauts de surface de la phase alliée, ce qui réduit la tension de surface sur l'interface entre les phases nouvelles et anciennes, et améliore le taux de croissance du noyau cristallin;
Fig. 2 Microstructure des alliages avec un ajout différent
un. Le dosage est 0; b. L'addition est 0,3%; c. L'ajout est 0,7%
Après avoir ajouté des éléments de terres rares, les grains de la phase (Al) ont commencé à devenir plus petits, ce qui a joué un rôle dans le raffinage de grainsα (Al) transformé en une petite rose ou une forme de tige, lorsque la teneur en terres rares est de 0,3% α la taille des grains de (Al) est la plus petite, et augmente progressivement avec l'augmentation supplémentaire de la teneur en terres rares. Une certaine période de temps, la Terre rare jouera le plus grand rôle dans le métamorphisme. En plus, le nombre de noyaux cristallins des composés formés par l'aluminium et la terre rare augmente considérablement lorsque le métal cristallise, ce qui rend également la structure en alliage raffinée. La recherche montre que les terres rares ont un bon effet de modification sur l'alliage d'aluminium.
03 Effet de microalliage des terres rares
Les terres rares existent principalement dans les alliages en aluminium et en aluminium sous trois formes: solution solide dans la matrice α (AL); ségrégation à la limite de phase, limite des grains et frontière de la dendrite; solution solide dans ou sous la forme du composé. Les effets de renforcement de la terres rares dans les alliés en aluminium incluent principalement le renforcement des réseaux de la terre des grains, le renforcement de la solution finale et le deuxième renforcement des compressions de terres rares.
La forme d'existence de terres rares en aluminium et en alliage d'aluminium est étroitement liée à sa quantité d'addition. Généralement, lorsque la teneur en RE est inférieure à 0,1%, le rôle de RE est principalement le renforcement des grains fins et le renforcement de la solution finie; lorsque le contenu RE est de 0,25% ~ 0,30%, RE et Al forment un grand nombre de tiges sphériques ou courtes comme des composés intermétalliques, qui sont distribués dans la limite de céréales ou de céréales, et un grand nombre de dislocations, tous comme le renforcement de la deuxième phase.
◆ ◆ Effet des terres rares sur les propriétés de l'aluminium et de l'alliage d'aluminium ◆◆
01 Effet des terres rares sur les propriétés mécaniques complètes de l'alliage
La résistance, la dureté, l'allongement, la ténacité à la fracture, la résistance à l'usure et d'autres propriétés mécaniques complètes de l'alliage peuvent être améliorées en ajoutant une quantité appropriée de terres rares.0.3% RE est ajouté pour couler l'alliage de la série ZL10 en aluminium ZL10.bDe 205,9 MPa à 274 MPa, et HB de 80 à 108; ajout de 0,42% SC à 7005 alliage σbaugmenté de 314MPA à 414MPA, σ0,2Passé de 282 MPA à 378MPA, la plasticité est passée de 6,8% à 10,1%, et la stabilité à haute température a été considérablement améliorée; LA et CE peuvent améliorer considérablement la superplasticité de l'alliage. L'ajout de 0,14% ~ 0,64% LA à l'alliage AL-6MG-0,5 million augmente la superplasticité de 430% à 800% ~ 1000%; une étude systématique de l'alliage Al SI montre que la limite d'élasticité et la résistance à la traction ultime de l'alliage peuvent être considérablement améliorées en ajoutant une quantité appropriée de Sc.fig. 3 montre l'apparition SEM de la fracture de traction de Al-Si7-mg0.8L'alliage, qui indique qu'il s'agit d'une fracture de clivage fragile typique sans re, tandis qu'après 0,3% de re est ajouté, une structure de fossette évidente apparaît dans la fracture, ce qui indique qu'il a une bonne ténacité et une ductilité.
Fig. 3 Morphologie de la fracture de traction
un. Non rejoint re; b. Ajouter 0,3% RE
02Effet des terres rares sur les propriétés des alliages à haute température
Ajout d'une certaine quantité deterres raresdans l'alliage en aluminium peut améliorer efficacement la résistance à l'oxydation à haute température de l'alliage d'aluminium. Les alliages peuvent améliorer les propriétés à haute température des alliages; l'alliage CE Fe-3,4% à AL-8,4% rapidement solidifié peut fonctionner pendant une longue période en dessous de 400 ℃, améliorant considérablement la température de travail de l'alliage d'aluminium; SC est ajouté à l'alliage Al Mg Si pour former Al3Les particules SC qui ne sont pas faciles à grossiner à haute température et cohérent avec la matrice pour épingler la limite du grain, de sorte que l'alliage maintient une structure non recrégée pendant le recuit et améliore considérablement les propriétés à haute température de l'alliage.
03 Effet des terres rares sur les propriétés optiques des alliages
L'ajout de terres rares dans l'alliage en aluminium peut modifier la structure de son film d'oxyde de surface, ce qui rend la surface plus lumineuse et plus belle.Lorsque 0,12% ~ 0,25% RE est ajouté à l'alliage en aluminium, la réflectivité du profil oxydé et coloré 6063 est jusqu'à 92%; lorsque 0,1% ~ 0,3% re est ajouté à la terrasse de la surface alloy, la meilleure surface de la surface et la lutte contre la glossable.
04 Effet des terres rares sur les propriétés électriques des alliages
L'ajout de R à l'aluminium de haute pureté est nocif à la conductivité de l'alliage, mais la conductivité peut être améliorée dans une certaine mesure en ajoutant approprié RE à l'aluminium pur industriel et en allages conducteurs. L'alliage, qui a été adopté par la plupart des usines de fils domestiques; ajouter des traces de terres rares à l'aluminium de haute pureté pour fabriquer un condensateur al re foil. Lorsqu'il est utilisé dans des produits de 25 kV, l'indice de capacité est doublé, la capacité par volume unitaire est augmentée de 5 fois, le poids est réduit de 47% et le volume du condensateur est considérablement réduit.
05Effet des terres rares sur la résistance à la corrosion de l'alliage
Dans certains environnements de service, en particulier en présence d'ions chlorure, les alliages sont vulnérables à la corrosion, à la corrosion des crevasses, à la corrosion du stress et à la fatigue de la corrosion. Afin d'améliorer la résistance à la corrosion des alliages d'aluminium, de nombreuses études ont été menées. Il est constaté que l'ajout d'une quantité appropriée de terres rares aux alliages d'aluminium peut efficacement améliorer leur résistance à la corrosion. Les échantillons formulés en ajoutant différentes quantités de terres rares mixtes (0,1% ~ 0,5%) à l'aluminium ont été trempées dans la saumure et l'eau de mer artificielle pendant trois années consécutives. Les résultats montrent que l'ajout d'une petite quantité de terres rares à l'aluminium peut améliorer la résistance à la corrosion de l'aluminium, et la résistance à la corrosion dans la saumure et la méthode de la vapeur chimique et 32% plus élevé alloy, making the surface electrode potential of aluminum alloy tend to be uniform, and improving the resistance to intergranular corrosion and stress corrosion;Adding La to high Mg aluminum alloy can significantly improve the anti marine corrosion ability of the alloy;Adding 1.5%~2.5% Nd to aluminum alloys can improve the high-temperature performance, air tightness and corrosion resistance of the alloys, which are Largement utilisé comme matériaux aérospatiaux.
◆ ◆ Technologie de préparation des alliages d'aluminium de terres rares ◆ ◆
Les terres rares sont principalement ajoutées sous la forme d'éléments trace dans les alliages en aluminium et autres alliages. La Terre rare a une activité chimique élevée, un point de fusion élevé et est facile à oxyder et à brûler à des températures élevées. Cela a provoqué certaines difficultés de préparation et d'application d'alliages d'aluminium de terres rares.
01 Méthode de mélange
La méthode de fusion mélangée consiste à ajouter des terres rares ou du métal de terre rare mélangée dans un liquide en aluminium à haute température en proportion pour fabriquer un alliage maître ou un alliage d'application, puis faire fondre l'alliage maître et l'aluminium restant en fonction de l'allocation calculée ensemble, de remuer complètement et d'affiner.
02 Électrolyse
La méthode d'électrolyse en fusion en sel consiste à ajouter de l'oxyde de terre rare ou du sel de terre rares dans la cellule électrolytique industrielle en aluminium et l'électrolyzé avec de l'oxyde d'aluminium pour produire des alliages d'aluminium de terres rares. La méthode d'électrolyse de sel molon s'est développée relativement rapidement en Chine. Généralement, il existe deux façons, à savoir la méthode de la cathode liquide et la méthode eutectoïde électrolytique. À l'heure actuelle, il a été développé que les composés de terres rares peuvent être directement ajoutés aux cellules électrolytiques en aluminium industriel, et les alliages d'aluminium de terres rares peuvent être produits par l'électrolyse du chlorure fondu par la méthode eutectoïde.
03 Méthode de réduction en aluminothermique
Parce que l'aluminium a une forte capacité de réduction et que l'aluminium peut former une variété de composés intermétalliques avec des terres rares, l'aluminium peut être utilisé comme agent réducteur pour préparer des alliages en aluminium de terres rares. Les principales réactions chimiques sont présentées dans la formule suivante:
RE2O3+ 6al → 2Real2+ Al2O3
Parmi eux, l'oxyde de terres rares ou les scories riches en terres rares peuvent être utilisées comme matières premières de terres rares; l'agent réducteur peut être en aluminium pur industriel ou en aluminium de silicium; la température de réduction est de 1400 ℃ ~ 1600 ℃. Au stade précoce, il a été effectué sous l'état de l'existence de l'agent de chauffage et des flux, et une température de réduction élevée provoquerait de nombreuses années. À une température plus basse (780 ℃), la réaction de réduction de l'aluminothermique est terminée dans le système de fluorure de sodium et de chlorure de sodium, ce qui évite les problèmes causés par la haute température d'origine.
◆ ◆ Application Progrès de l'alliage d'aluminium de terres rares ◆ ◆
01 Application d'alliage d'aluminium rare terres dans l'industrie de l'énergie
En raison des avantages d'une bonne conductivité, une grande capacité de chargement de courant, une forte résistance, une résistance à l'usure, un traitement facile et une durée de vie longue, des alliages en aluminium de terres rares peuvent être utilisés pour fabriquer des câbles, des lignes de transmission aériennes, des cœurs métalliques, des fils de glissière et des fils minces à des fins spéciales. a un impact plus important sur les propriétés électriques. L'ajout d'une quantité appropriée de terres rares peut améliorer la morphologie et la distribution existantes du silicium dans l'alliage, ce qui peut améliorer efficacement les propriétés électriques de l'aluminium; l'ajout d'une petite quantité de fil d'alliage en yttrium ou en yttrium riche en terres mixtes dans la conductivité rares peut améliorer la résistance thermique et la résistance à la conductivité Système d'alliage. Les câbles et les conducteurs en alliage d'aluminium de terres rares peuvent augmenter la portée de la tour de câble et prolonger la durée de vie des câbles.
02Application d'alliage d'aluminium de terres rares dans l'industrie de la construction
6063 L'alliage en aluminium est le plus utilisé dans l'industrie de la construction. L'ajout de 0,15% ~ 0,25% des terres rares peuvent améliorer considérablement la structure et la structure de traitement de la fonte AS, et peuvent améliorer les performances d'extrusion, l'effet de traitement thermique, les propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion, les performances du traitement de surface et le ton de couleur. Les composés pour affiner la structure et les grains de la dendrite, de sorte que la taille de l'eutectique non dissous et la taille de la fossette dans la zone de la fossette deviennent considérablement plus petites, la distribution est uniforme et la densité augmente, de sorte que les différentes propriétés de l'alliage sont améliorées à des degrés variables. Par exemple, la résistance du profil est augmentée de plus de 20%, l'allongement est augmenté de 50% et le taux de corrosion est réduit de plus de deux fois, l'épaisseur du film d'oxyde augmente de 5% ~ 8%, et la propriété de coloration augmente environ 3%. Par conséquent, les profils de construction alliée RE-6063 sont largement utilisés.
03Application d'alliage d'aluminium de terres rares dans les produits quotidiens
L'ajout d'alliages en aluminium en aluminium pur et en aluminium en aluminium en aluminium quotidien peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques, les propriétés en profondeur et la résistance à la corrosion. ont plus du double de la résistance à la corrosion, 10% ~ 15% de réduction du poids, 10% ~ 20% d'augmentation du rendement, 10% ~ 15% de réduction des coûts de production, et de meilleures performances de dessin profond et de traitement profond par rapport aux produits en alliage en aluminium sans terres rares.Au présentent les nécessités quotidiennes de la terre rare dans l'alliage d'aluminium et des markets étrangers, et les produits ont augmenté de manière significative et sont bien vendus dans les markets domestiques et étrangers.
04 Application d'alliage d'aluminium de terres rares dans d'autres aspects
L'ajout de quelques millièmes de terres rares dans l'alliage de moulage de la série Al SI les plus utilisés peut améliorer considérablement les performances d'usinage de l'alliage. De nombreuses marques de produits ont été utilisées dans les avions, les navires, les automobiles, les moteurs diesel, les motos et les véhicules blindés (piston, boîte de vitesses, cylindre, instrumentation et autres pièces). Dans la recherche et l'application, il est constaté que SC est l'élément le plus efficace pour optimiser la structure et les propriétés d'alliages d'aluminium. Il a un fort renforcement de la dispersion, le renforcement du raffinement des grains, le renforcement des solutions et les effets de renforcement des micro-alliages sur l'aluminium et peuvent améliorer la force, la dureté, la plasticité, la ténacité, la résistance à la corrosion, la résistance à la chaleur, etc. des alliages. L'alliage développé par la NASA a une résistance élevée et une stabilité à haute température et à basse température et a été appliqué aux pièces structurelles du fuselage et des avions; l'alliage 0146AL Cu li SC développé par la Russie a été appliqué au réservoir de carburant cryogénique de l'engin spatial.
À partir du volume 33, numéro 1 de Rare Earth par Wang Hui, Yang AN et Yun Qi
Heure du poste: juil-05-2023