D'Applikatioun vunseelen Äerdam Goss Aluminiumlegierung war fréier am Ausland duerchgefouert. Och wann China d'Fuerschung an d'Applikatioun vun dësem Aspekt nëmmen an den 1960er ugefaang huet, huet et sech séier entwéckelt. Vill Aarbecht gouf gemaach vun Mechanismus Fuerschung ze praktesch Applikatioun, an e puer Leeschtunge goufen gemaach.Mat der Zousätzlech vun seelen Äerd Elementer, déi mechanesch Eegeschaften, Goss Eegeschaften an elektresch Eegeschafte vun Al Alliagen goufen staark verbessert.Am Beräich vun nei Materialien, déi räich opteschen, elektresch a magnetesch Eegeschafte vun seelen Äerd Elementer spillen och eng wichteg Roll an selten Äerd permanent Magnéitfeld Material ze maachen, seelen Äerd Liichtjoer Material, seelen Äerd Wasserstoff Stockage Materialien, etc.
◆ ◆ Aktiounsmechanismus vu rare Äerd an Aluminium an Aluminiumlegierung ◆ ◆
Selten Äerd huet héich chemesch Aktivitéit, niddereg Potenzial a speziell Elektronenschichtarrangement, a ka mat bal all Elementer interagéieren.lanthanum), Ce (cerium), Y (yttrium) und Sc (skandium). Si ginn dacks an d'Aluminiumflëssegkeet mat Modifikateuren, Nukleatiounsmëttelen an Entgasungsmëttelen bäigefüügt, déi d'Schmelz pure kënnen, d'Struktur verbesseren, d'Getreide verfeineren, asw.
01Reinigung vu rare Äerd
Well eng grouss Quantitéit vu Gas- an Oxid-Inklusiounen (haaptsächlech Waasserstoff, Sauerstoff a Stickstoff) während der Schmelz a Goss vun der Aluminiumlegierung agefouert ginn, wäerte Pinholes, Rëss, Inklusiounen an aner Mängel am Guss optrieden (kuckt Figur 1a), reduzéiert d'Kraaft vun Al durchgang. D'Rengung Effekt vun selten Äerd ass haaptsächlech manifestéiert an der evident Reduktioun vun Waasserstoff Inhalt am geschmoltenem Al, der Reduktioun vun pinhole Taux a Porositéit (kuckt Figur 1b), an d'Reduktioun vun Inklusiounen a schiedlechen Elementer.Den Haaptgrond ass datt seelen Äerd eng grouss Affinitéit mat Waasserstoff huet, déi Waasserstoff a grousse Quantitéite absorbéieren an opléisen a stabil Verbindungen bilden ouni Blasen ze bilden, also däitlech reduzéiert de Waasserstoffgehalt a Porositéit vum Aluminium; Selten Äerd a Stickstoff bilden refractaire Verbindungen, déi meeschtens a Form vu Schlacken an der Schmelz ewechgeholl ginn Prozess, fir den Zweck vun der Reinigung vun Aluminiumflëssegkeet z'erreechen.
Praxis huet bewisen datt selten Äerd den Effekt huet fir den Inhalt vu Waasserstoff, Sauerstoff a Schwefel an Aluminium an Aluminiumlegierungen ze reduzéieren. 0,1% ~ 0,3% RE an Aluminiumflëssegkeet bäidroen ass hëllefräich fir schiedlech Gëftstoffer besser ze entfernen, Gëftstoffer ze verfeineren oder hir Morphologie z'änneren, sou datt d'Käre raffinéiert a gläichméisseg verdeelen; Zousätzlech bilden RE a schiedlech Gëftstoffer mat nidderegem Schmelzpunkt binär Verbindungen wéi z. RES, REAs, an REPb, déi duerch héije Schmelzpunkt, gerénger Dicht a stabile chemeschen Eegeschafte charakteriséiert sinn, a kënne schwiewen Schlacken ze bilden an ewechzehuelen, doduerch d'Aluminiumflëssegkeet ze purifizéieren;Déi verbleiwen fein Partikel ginn heterogen Käre vum Aluminium fir Kären ze raffinéieren.
Fig. 1 SEM Morphologie vun 7075 Legierung ouni RE a w (RE) = 0,3%
a. RE gëtt net dobäigesat;b. Add w (RE) = 0,3%
02Metamorphismus vu rare Äerd
Selten Äerdmodifikatioun ass haaptsächlech manifestéiert an der Verfeinerung vu Kären an Dendriten, hemmt d'Erscheinung vun enger grober lamellarer T2 Phase, eliminéiert déi grob massiv Phase, déi am primäre Kristall verdeelt ass a kugelfërmeg Phase bilden, sou datt de Sträif a Fragmentverbindungen op der Kärgrenz wesentlech reduzéiert ginn (kuckt Figur 2). Allgemeng ass de Radius vum seltenen Äerdatom méi grouss wéi dee vum Aluminiumatom, a seng Eegeschafte si relativ aktiv. Schmelzen an Aluminiumflëssegkeet ass ganz einfach d'Uewerflächendefekter vun der Legierungsphase ze fëllen, wat d'Uewerflächespannung op der Interface tëscht neien an alen Phasen reduzéiert, a verbessert de Wuesstumsrate vum Kristallkär; Zur selwechter Zäit kann et och eng Uewerfläch bilden aktive Film tëscht de Kären an der geschmollte Flëssegkeet fir de Wuesstum vun de generéierte Kären ze verhënneren an d'Legierungsstruktur ze verfeineren (kuckt Figur 2b).
Fig. 2 Mikrostruktur vun Alliagen mat verschiddene RE Zousaz
a. RE Doséierung ass 0;b. RE Zousatz ass 0,3%;c. RE Zousatz ass 0,7%
No der bäigefüügt vun seltenen ÄerdelementerαD'Käre vun der (Al) Phase hunn ugefaang méi kleng ze ginn, wat eng Roll bei der Verfeinerung vu Käre gespillt huetα(Al) transforméiert an eng kleng Rous oder Staangform, wann den Inhalt vu rare Äerd 0,3%α D'Korngréisst vun (Al) ) Phase déi klengst ass, a lues a lues geet mat der weiderer Erhéijung vum seltenen Äerdgehalt.Experimenter hu bewisen datt et eng gewëssen Inkubatiounszäit fir selten Äerdmetamorphismus gëtt, an nëmmen wann et bei enger héijer Temperatur fir eng gewëssen Zäit gehale gëtt, wäert d'selten Äerd déi gréisste Roll an der Metamorphismus spillen.Ausserdeem klëmmt d'Zuel vun de Kristallkäre vun de Verbindungen, déi duerch Aluminium a rar Äerd geformt ginn, staark wann d'Metall kristalliséiert, wat mécht och d'Legierung Struktur raffinéiert.D'Fuerschung weist datt seelen Äerd gutt Modifikatioun Effekt op Al durchgang huet.
03 Mikrolegierungseffekt vu rare Äerd
Selten Äerd existéiert haaptsächlech an Aluminium an Aluminiumlegierungen an dräi Formen: zolidd Léisung an der Matrixα(Al);Segregatioun an der Phasegrenz, Korngrenz an Dendritgrenz; Fest Léisung an oder a Form vu Verbindung.D'Verstäerkungseffekter vun seltener Äerd an Aluminiumlegierungen enthalen haaptsächlech d'Verstäerkung vun der Kärverfeinerung, d'finite Léisungsstäerkung an d'zweet Phase Verstäerkung vu rare Äerdverbindungen.
D'Existenzform vu rare Äerd an Aluminium an Aluminiumlegierung ass enk mat senger Zousatzbetrag verbonnen. Allgemeng, wann RE Inhalt manner wéi 0,1% ass, ass d'Roll vun RE haaptsächlech feinkornverstäerkung a endlech Léisungsstäerkung; Wann RE Inhalt 0,25% ~ 0,30% ass, bilden RE an Al eng grouss Zuel vu kugelfërmeg oder kuerze Staang wéi intermetallesche Verbindungen , déi an der Kär- oder Kärgrenz verdeelt sinn, an eng grouss Zuel vu Verrécklungen, feinkornsphäroidiséierte Strukturen a verspreete rare Äerdverbindungen erschéngen, déi Mikro-legierungseffekter produzéieren wéi d'zweet Phase Verstäerkung.
◆ ◆ Effekt vun selten Äerd op Eegeschafte vun Al an Al durchgang ◆◆
01 Effekt vun selten Äerd op ëmfaassend mechanesch Eegeschafte vun durchgang
D'Kraaft, d'Härheet, d'Verlängerung, d'Brochenzähegkeet, d'Verschleißbeständegkeet an aner iwwergräifend mechanesch Eegeschafte vun der Legierung kënne verbessert ginn andeems en entspriechend Betrag vun selten Äerd addéiert.bvun 205,9 MPa bis 274 MPa, an HB vun 80 bis 108; 0,42% Sc op 7005 Legierung bäizefügenσberopgaang vun 314MPa op 414MPa,σ0.2erhéicht vun 282MPa op 378MPa, d'Plastizitéit erhéicht vu 6,8% op 10,1%, an d'Héichtemperaturstabilitéit gouf wesentlech verbessert; La a Ce kënnen d'Superplastizitéit vun der Legierung wesentlech verbesseren. 0.14% ~ 0.64% La zu Al-6Mg-0.5Mn Legierung bäidréit erhéicht d'Superplastizitéit vu 430% op 800% ~ 1000%; Eng systematesch Studie vun der Al Si Legierung weist datt d'Ausbezuelkraaft an d'ultimativ Spannkraaft vun der Legierung immens ka sinn verbessert andeems en passenden Betrag vun Sc.Fig. 3 weist d'SEM Erscheinung vu Spannbroch vun Al-Si7-Mg0.8Legierung, wat beweist datt et eng typesch brécheg Spaltfraktur ouni RE ass, während no 0,3% RE dobäi ass, erschéngt evident Dimple Struktur an der Fraktur, wat beweist datt et gutt Zähegkeet an Duktilitéit huet.
Fig. 3 Tensile Fraktur Morphologie
a. Net ugeschloss RE;b. Dobäizemaachen 0,3% RE
02Effekt vun selten Äerd op héich Temperatur Eegeschafte vun Alliagen
Dobäizemaachen eng gewësse Quantitéit vunseelen Äerdan Aluminiumlegierung kann effektiv d'Héichtemperaturoxidatiounsresistenz vun der Aluminiumlegierung verbesseren. 1% ~ 1,5% gemëschte rare Äerd op d'Goss Al Si eutektesch Legierung erhéijen d'Héichtemperaturkraaft ëm 33%, d'Héichtemperatur-Réckstäerkt (300 ℃, 1000 Stonnen) ëm 44%, an d'Verschleißbeständegkeet an d'Héichtemperaturstabilitéit gi wesentlech verbessert; La, Ce, Y derbäisetzen a Mischmetal zu Goss Al Cu Alliagen kënnen d'Héichtemperatureigenschaften vun den Legierungen verbesseren; Déi séier verstäerkt Al-8,4% Fe-3,4% Ce Legierung kann laang ënner 400 ℃ schaffen, wat d'Aarbechtstemperatur vun der Aluminiumlegierung staark verbessert; Sc gëtt an d'Al Mg Si Legierung bäigefüügt fir Al ze bilden3Sc Partikelen, déi net einfach bei héijer Temperatur ze gräifen a mat der Matrix kohären, fir d'Korngrenz ze pinnéieren, sou datt d'Legierung eng onkristalliséiert Struktur während der Glühung behält, an d'Héichtemperatureigenschaften vun der Legierung staark verbessert.
03 Effekt vun rar Äerd op optesch Eegeschafte vun Alliagen
Selten Äerd an Aluminiumlegierung bäidroen kann d'Struktur vu sengem Uewerflächoxidfilm änneren, wat d'Uewerfläch méi hell a schéin mécht. 92%; Wann 0,1% ~ 0,3% RE zu Al Mg Goss Aluminiumlegierung bäigefüügt ass, kann d'Legierung déi bescht Surface Finish kréien a Glanz Haltbarkeet.
04 Effekt vun selten Äerd op elektresch Eegeschafte vun Alliagen
D'Addéiere vun RE zu héichreiniger Aluminium ass schiedlech fir d'Konduktivitéit vun der Legierung, awer d'Konduktivitéit kann zu engem gewësse Mooss verbessert ginn andeems en entspriechend RE fir industriell pure Aluminium an Al Mg Si konduktiv Legierungen addéiert. D'experimentell Resultater weisen datt d'Konduktivitéit vum Aluminium kann duerch 2% ~ 3% verbessert ginn andeems 0,2% RE bäigefüügt ginn. Eng kleng Quantitéit vun yttrium räiche selten Äerd an Al Zr Legierung kann verbesseren d'Konduktivitéit vun der Legierung, déi vun de meescht Hausdraadfabriken ugeholl gouf; Füügt Spuer selten Äerd op héich Puritéit Aluminium fir den Al RE Foliekondensator ze maachen. Wann se an 25kV Produkter benotzt gëtt, gëtt de Kapazitéitindex verduebelt, d'Kapazitéit pro Eenheetsvolumen gëtt ëm 5 Mol erhéicht, d'Gewiicht gëtt ëm 47% reduzéiert, an de Kondensatorvolumen ass wesentlech reduzéiert.
05Effekt vun selten Äerd op Corrosion Resistenz vun Alloy
An e puer Service Ëmfeld, virun allem an der Präsenz vun Chlorid-Ionen, Legierungen sinn vulnérabel fir corrosion, Spalt corrosion, Stress corrosion an corrosion midd. Et gëtt festgestallt, datt d'adäquate Betrag vun seltenen Äerd zu Aluminiumlegierungen effektiv hir Korrosiounsbeständegkeet verbesseren kann. Joer. D'Resultater weisen datt eng kleng Quantitéit vu seltenen Äerden zum Aluminium bäidroe kann d'Korrosiounsbeständegkeet vun Aluminium verbesseren, an d'Korrosiounsbeständegkeet a Salzwaasser a kënschtlech Mierwaasser ass 24% respektiv 32% méi héich wéi dee vun Aluminium; selten Äerd Multi-Komponent Penetrant (La, Ce, etc.), eng Schicht vu rare Äerd Konversiounsfilm kann op der Uewerfläch vun der 2024 Legierung geformt ginn, d'Uewerflächeelektrodepotenzial vun der Aluminiumlegierung tendéieren eenheetlech ze maachen an d'Resistenz géint intergranulär Korrosioun a Stresskorrosioun ze verbesseren; La zu héich Mg Aluminiumlegierung bäizefügen kann d'Anti-Marine-Korrosiounsfäegkeet vun der Legierung wesentlech verbesseren; 1,5% ~ 2,5% Nd derbäisetzen zu Aluminiumlegierungen kënnen d'Héichtemperaturleistung, d'Loftdichtheet an d'Korrosiounsbeständegkeet vun den Legierungen verbesseren, déi wäit benotzt ginn als Loftfaart Material.
◆ ◆ Virbereedung Technologie vun selten Äerd Al durchgang ◆ ◆
Selten Äerd gëtt meeschtens a Form vu Spuerelementer an Aluminiumlegierungen an aner Legierungen bäigefüügt. Selten Äerd huet héich chemesch Aktivitéit, héije Schmelzpunkt, an ass einfach ze oxidéieren a bei héijen Temperaturen verbrannt ginn. Dëst huet e puer Schwieregkeeten an der Virbereedung an Uwendung vun selten Äerd Al alloys verursaacht.An der laangfristeg experimentell Fuerschung, Leit weider d'Virbereedung Methode vun selten Äerd Al alloys ze Entdeckung.Am Moment, d'Haaptrei Produktioun Methoden fir seelen Äerd Al Alliagen virbereeden si Mëschungsmethod, geschmollte Salzelektrolysemethod an aluminothermesch Reduktiounsmethod.
01 Mëschung Method
Gemëscht Schmelzmethod ass selten Äerd oder gemëscht selten Äerdmetall an Héichtemperatur-Aluminiumflëssegkeet am Verhältnis ze addéieren fir d'Meeschterlegierung oder d'Applikatiounslegierung ze maachen, an dann d'Meeschterlegierung an de verbleiwen Aluminium ze schmëlzen no der berechent Erléisung zesummen, ganz réieren a raffinéieren .
02 Elektrolyse
D'geschmolzen Salz electrolysis Method ass selten Äerd Oxid oder selten Äerd Salz an der industrieller Al electrolytic Zell dobäi an electrolyze mat Al Oxid selten Äerd Al durchgang ze produzéieren. Molten Salz electrolysis Method huet relativ séier an China entwéckelt. Allgemeng ginn et zwee Weeër, nämlech flësseg Kathode Method an elektrolytesch eutektoid Method. Am Moment ass et entwéckelt ginn datt selten Äerdverbindunge direkt an industriell Aluminiumelektrolytesch Zellen bäigefüügt kënne ginn, a rare Äerd Aluminiumlegierungen kënnen duerch Elektrolyse vu Chloridschmëlzen duerch eutectoid Method produzéiert ginn.
03 Aluminiumthermesch Reduktiounsmethod
Well Aluminium eng staark Reduktiounsfäegkeet huet, an Aluminium kann eng Vielfalt vun intermetallesche Verbindunge mat seltenen Äerd bilden, kann Aluminium als Reduzéierungsmëttel benotzt ginn fir selten Äerd Aluminiumlegierungen ze preparéieren. D'Haaptchemesch Reaktiounen ginn an der folgender Formel gewisen:
RE2O3+ 6Al→2REAl2+ Al2O3
Dorënner, seelen Äerd Oxid oder seelen Äerd räich Schlacken kann als seelen Äerd Matière première benotzt ginn; D'Reduktioun Agent kann industriell pure Al oder Silicon Al ginn; D'Reduktioun Temperatur ass 1400 ℃ ~ 1600 ℃. eraus ënner der Bedingung vun der Existenz vun Heizungsmëttel a Flux, an héich Reduktiounstemperatur géif vill Problemer verursaachen;An de leschte Joeren hunn d'Fuerscher eng nei entwéckelt aluminothermesch Reduktiounsmethod. Bei enger niddereger Temperatur (780 ℃) gëtt d'aluminothermesch Reduktiounsreaktioun am System vu Natriumfluorid a Natriumchlorid ofgeschloss, wat d'Problemer vermeit, déi duerch déi ursprénglech héich Temperatur verursaacht ginn.
◆ ◆ Applikatioun Fortschrëtter vun seelen Äerd Al durchgang ◆ ◆
01 Uwendung vun selten Äerd Al durchgang an Muecht Industrie
Wéinst de Virdeeler vu gudder Konduktivitéit, grousser Stroumtragkapazitéit, héijer Kraaft, Verschleisbeständegkeet, einfacher Veraarbechtung a laanger Liewensdauer, kann selten Äerd Aluminiumlegierung benotzt ginn fir Kabelen, Overhead-Transmissiounslinnen, Drotkären, Rutschdrähte an dënn Drot fir ze fabrizéieren. speziell Zwecker.D'Addéiere vun enger klenger Quantitéit vun RE am Al Si Legierungssystem kann d'Konduktivitéit verbesseren, wat ass well de Silizium an der Aluminiumlegierung en Gëftstoffelement ass mat engem héijen Inhalt, wat e méi groussen Impakt op d'elektresch Eegeschaften huet. Eng entspriechend Quantitéit vu selten Äerd bäizefügen kann déi existent Morphologie a Verdeelung vu Silizium an der Legierung verbesseren, wat effektiv d'elektresch Eegeschafte vun Aluminium verbesseren kann; Eng kleng Quantitéit vun Yttrium oder Yttrium räich gemëschte rare Äerd an den Hëtztbeständeg Aluminiumlegierungsdraht derbäisetzen kann net nëmme gutt Héichtemperaturleistung erhalen, awer och d'Konduktivitéit verbesseren; Selten Äerd kann d'Spannkraaft, d'Hëtztbeständegkeet an d'Korrosiounsbeständegkeet vum Aluminiumlegierungssystem verbesseren. Kabelen an Dirigenten aus seltener Äerd Aluminiumlegierung kënnen d'Spann vum Kabeltuerm erhéijen an d'Liewensdauer vu Kabelen verlängeren.
02Uwendung vun selten Äerd Aluminiumlegierung an der Bauindustrie
6063 Aluminiumlegierung ass am meeschte verbreet an der Bauindustrie. Dobäizemaachen 0,15% ~ 0,25% selten Äerd kann als Goss Struktur an Veraarbechtung Struktur wesentlech verbesseren, a kann d'extrusion Leeschtung, Hëtzt Behandlung Effekt, mechanesch Eegeschafte, corrosion Resistenz, Uewerfläch Behandlung Leeschtung a Faarf Tonalitéit verbesseren. haaptsächlech verdeelt an 6063 Aluminiumlegierungα-Al neutraliséiert d'Phasegrenz, Kärgrenz an interdendritesch, a si ginn a Verbindungen opgeléist oder existéieren a Form vu Verbindungen fir d'Dendritstruktur an d'Kären ze verfeineren, sou datt d'Gréisst vum ongeléisten Eutektik an d'Gréisst vum Gruef am Gruefberäich wesentlech méi kleng ginn, d'Verdeelung uniform ass an d'Dicht eropgeet, sou datt déi verschidden Eegeschaften vun der Legierung sinn zu ënnerschiddleche Grad verbessert. Zum Beispill gëtt d'Stäerkt vum Profil ëm méi wéi 20% erhéicht, d'Verlängerung gëtt ëm 50% erhéicht, an d'Korrosiounsquote gëtt ëm méi wéi zweemol reduzéiert, D'Dicke vum Oxidfilm erhéicht ëm 5% ~ 8%, an der Faarf Propriétéit vergréissert vun ongeféier 3%.Dofir sinn RE-6063 durchgang Gebai Profiler vill benotzt.
03Uwendung vun selten Äerd Aluminiumlegierung an alldeegleche Produkter
Spuer selten Äerd zu reng Aluminium an Al Mg Serie Aluminiumlegierungen fir deegleche Gebrauch Aluminiumprodukter ze addéieren kënnen d'mechanesch Eegeschaften, déif Zeechnungseigenschaften an d'Korrosiounsbeständegkeet wesentlech verbesseren. Aluminium Miwwelstützen, Aluminium Veloen, an Hausgerätsdeeler aus Al Mg RE Legierung hunn méi wéi zweemol corrosion Resistenz, 10% ~ 15% Gewiicht Reduktioun, 10% ~ 20% nozeginn Erhéijung, 10% ~ 15% Produktioun Käschten Reduktioun, a besser déif Zeechnen an déif Veraarbechtung Leeschtung am Verglach mat Al durchgang Produiten ouni rare earth.Am Moment, den alldeeglechen Noutwendegkeete vun selten Äerd Al durchgang si wäit benotzt ginn, an d'Produkter sinn bedeitend eropgaang, a si gutt am Gewalt an auslännesch Mäert verkaf.
04 Uwendung vun selten Äerd Aluminiumlegierung an aneren Aspekter
Dobäi e puer dausendstel vun seelen Äerd am meeschte verbreet Al Si Serie Lous Legierung kann d'machining Leeschtung vun der durchgang bedeitend verbesseren. Vill Marke vu Produkter goufen a Fligeren, Schëffer, Autoen, Dieselmotoren, Motorrieder a gepanzerten Gefierer (Piston, Gearbox, Zylinder, Instrumentatioun an aner Deeler) benotzt. optiméiert d'Struktur an d'Eegeschafte vun Aluminiumlegierungen. Et huet staark Dispersiounsverstäerkung, Getreideverfeinerung Verstäerkung, Léisungsstäerkung a Mikrolegierungsstäerkung Effekter op Aluminium, a kann d'Kraaft, Hardness, Plastizitéit, Zähegkeet, Korrosiounsbeständegkeet, Hëtztbeständegkeet, etc. vun Alliagen verbesseren. High-Tech Industrien wéi Loftfaart, Schëffer, Héich-Vitesse Zich, liicht Gefierer, etc.C557Al Mg Zr Sc Serie Scandium Aluminiumlegierung entwéckelt vun der NASA huet héich Stäerkt an héich Temperatur an niddreg Temperaturstabilitéit a gouf fir Fligeren a Fligerstrukturen Deeler applizéiert; D'0146Al Cu Li Sc Legierung entwéckelt vu Russland gouf op de kryogene Brennstofftank vu Raumschëff applizéiert.
Vum Volume 33, Issue 1 vun Rare Earth vum Wang Hui, Yang An a Yun Qi
Post Zäit: Jul-05-2023