Примената наретка земјаво лиење легура на алуминиум беше извршена порано во странство. Иако Кина започна со истражување и примена на овој аспект дури во 1960-тите, тој брзо се развиваше. Направена е многу работа од истражување на механизмот до практична примена, а постигнати се и некои достигнувања. Со додавање на елементи од ретка земја, механичките својства, својствата на лиење и електричните својства на алуминиумските легури се значително подобрени. Во областа на новите материјали, богатите оптички, електрични и магнетни својства на ретките земјени елементи, исто така, играат важна улога во правењето постојани магнетни материјали од ретки земји, материјалите што емитуваат светлина од ретки земји, складирање на водород од ретки земји. материјали, итн.
◆ ◆ Механизам на дејство на ретка земја во алуминиум и алуминиумска легура ◆ ◆
Ретката земја има висока хемиска активност, низок потенцијал и посебен распоред на електронски слој, и може да комуницира со речиси сите елементи. Ретките земји кои вообичаено се користат во алуминиум и алуминиумски легури вклучуваат La (лантан), Це (цериум), Y (итриум) и Sc (скандиум). Тие често се додаваат во алуминиумска течност со модификатори, средства за јадрење и средства за дегасирање, кои можат да го прочистат топењето, да ја подобрат структурата, да го рафинираат зрното итн.
01Прочистување на ретка земја
Бидејќи за време на топењето и леењето на алуминиумската легура ќе се внесат големо количество гасови и оксидни подмножества (главно водород, кислород и азот), ќе се појават дупки, пукнатини, подмножества и други дефекти во лиењето (види слика 1а), со што се намалува јачината на алуминиумската легура. Ефектот на прочистување на ретката земја главно се манифестира во очигледното намалување на содржината на водород кај стопениот алуминиум, намалувањето на стапката и порозноста на игличките (види Слика 1б) и намалувањето на инклузиите и штетните елементи. Главната причина е што ретката земја има голем афинитет со водородот, кој може да апсорбира и раствори водород во големи количини и формираат стабилни соединенија без формирање меурчиња, со што значително се намалува содржината на водород и порозноста на алуминиумот; Ретката земја и азот формираат огноотпорни соединенија, кои најчесто се отстрануваат во форма на згура во процесот на топење, за да се постигне целта за прочистување на алуминиумската течност.
Практиката докажа дека ретката земја има ефект на намалување на содржината на водород, кислород и сулфур во алуминиум и алуминиумски легури. Додавањето 0,1% ~ 0,3% RE во алуминиумска течност е корисно за подобро отстранување на штетните нечистотии, рафинирање на нечистотиите или промена на нивната морфологија, за да се рафинираат и рамномерно да се распределат зрната; Покрај тоа, RE и штетните нечистотии со ниска точка на топење формираат бинарни соединенија како што се ОИЕ, REA и REPb, кои се карактеризираат со висока точка на топење, мала густина и стабилна хемикалија својства, и може да се исплива за да се формира згура и да се отстрани, со што се прочистува алуминиумската течност; преостанатите фини честички стануваат хетерогени јадра на алуминиум за да се рафинираат зрната.
Сл. 1 SEM Морфологија на 7075 легура без RE и w (RE)=0,3%
а. RE не се додава;б. Додај w (RE)=0,3%
02Метаморфизам на ретка земја
Модификацијата на ретките земји главно се манифестира во рафинирање на зрна и дендрити, инхибиција на појавата на груба ламеларна Т2 фаза, елиминирање на грубата масивна фаза распоредена во примарниот кристал и формирање сферична фаза, така што соединенијата на лентата и фрагментите на границата на зрната се значително намалени. (види слика 2). Општо земено, радиусот на атом на ретка земја е поголем од оној на алуминиумот атом, а неговите својства се релативно активни. Топењето во алуминиумска течност е многу лесно за пополнување на површинските дефекти на легирана фаза, што го намалува површинскиот напон на интерфејсот помеѓу новите и старите фази и ја подобрува стапката на раст на кристалното јадро; во исто време, може да формира и површина активен филм помеѓу зрната и стопената течност за да се спречи растот на создадените зрна и да се рафинира структурата на легура (види слика 2б).
Сл. 2 Микроструктура на легури со различно додавање на RE
а. Дозата на РЕ е 0;б. Додавањето RE е 0,3%; в. RE додатокот е 0,7%
По додавањето на ретки земјени елементиαЗрната од (Al) фазата почнаа да стануваат се помали, што играше улога во рафинирањето на зрната α(Al) трансформирани во форма на мала роза или прачка, кога содржината на ретката земја е 0,3% α Големината на зрната на (Al ) фазата е најмала и постепено се зголемува со понатамошното зголемување на содржината на ретки земји. Експериментите докажаа дека постои одреден период на инкубација за ретките земји метаморфизам, и само кога ќе се чува на висока температура одреден временски период, ретката земја ќе има најголема улога во метаморфизмот. Покрај тоа, бројот на кристалните јадра на соединенијата формирани од алуминиумот и ретката земја значително се зголемува кога металот кристализира, што исто така ја прави структурата на легурата рафинирана. Истражувањето покажува дека ретката земја има добар ефект на модификација на алуминиумската легура.
03 Микролегирање ефект на ретка земја
Ретката земја главно постои во алуминиум и алуминиумски легури во три форми: цврст раствор во матрицата α(Al); Сегрегација на граница на фаза, граница на зрно и граница на дендрит; Цврст раствор во или во форма на соединение. Зајакнувачките ефекти на ретката земја во легурите на алуминиум главно вклучуваат зајакнување на рафинирање на зрната, зајакнување на конечни раствори и зајакнување во втората фаза на соединенија од ретки земји.
Постоечката форма на ретка земја во алуминиум и алуминиумска легура е тесно поврзана со нејзината количина на додавање. Општо земено, кога содржината на RE е помала од 0,1%, улогата на RE е главно зајакнување на фино зрно и зајакнување на конечни раствори; кога содржината на RE е 0,25% ~ 0,30%, RE и Al формираат голем број на сферични или кратки прачки како меѓуметални соединенија , кои се распоредени во границата на зрната или зрната, и голем број на дислокации, фино зрнести сфероидизирани структури и дисперзирани ретки се појавуваат земјени соединенија, кои ќе произведат микролегирачки ефекти како што е зајакнувањето во втората фаза.
◆ ◆ Ефект на ретка земја врз својствата на алуминиум и алуминиумска легура ◆◆
01 Ефект на ретка земја врз сеопфатните механички својства на легурата
Јачината, цврстината, издолжувањето, цврстината на фрактура, отпорноста на абење и другите сеопфатни механички својства на легурата може да се подобрат со додавање на соодветна количина на ретка земја. 0,3% RE се додава на лиената алуминиумска легура од серијата ZL10σbод 205,9 MPa до 274 MPa и HB од 80 до 108; Додавање 0,42% Sc до 7005 легура σbсе зголеми од 314MPa на 414MPa,σ0.2се зголеми од 282 MPa на 378 MPa, пластичноста се зголеми од 6,8% на 10,1%, а стабилноста на висока температура беше значително подобрена; La и Ce може значително да ја подобрат суперпластичноста на легурата. Додавањето 0,14% ~ 0,64% La на легура Al-6Mg-0,5Mn ја зголемува суперпластичноста од 430% на 800%~1000%; Систематската студија за легурата Al Si покажува дека јачината на отстапување и крајната цврстина на истегнување на легурата може да бидат многу подобрена со додавање на соодветна количина на Sc.Сл. 3 го прикажува SEM изгледот на затегнувачка фрактура на Al-Si7-Mg0,8легура, што укажува дека се работи за типична кршлива фрактура на расцеп без RE, додека по додавање на 0,3% RE, во скршеницата се појавува очигледна структура на дупчиња, што укажува дека има добра цврстина и еластичност.
Сл. 3 Морфологија на затегнувачка фрактура
а. Не е член на RE;б. Додадете 0,3% RE
02Ефектот на ретка земја врз карактеристиките на легурите на високи температури
Додавање на одредена количина наретка земјаво алуминиумска легура може ефикасно да ја подобри отпорноста на оксидација на висока температура на алуминиумската легура. Додавањето 1% ~ 1,5% мешана ретка земја на лиената евтектичка легура Al Si ја зголемува јачината на висока температура за 33%, јачината на кинење на висока температура (300 ℃, 1000 часа) за 44%, а отпорноста на абење и стабилноста на висока температура се значително подобрени; Додавање на La, Ce, Y и лош метал за да се леат легурите Al Cu може да ги подобрат високотемпературните својства на легурите; Брзо зацврстената легура Al-8,4% Fe-3,4% Ce може да работи долго време под 400 ℃, значително ја подобрува работната температура на алуминиумската легура; Sc се додава во легурата Al Mg Si за да се формира Al3Sc честички кои не се лесно да се згрупат на висока температура и се кохерираат со матрицата за да се прицврсти границата на зрната, така што легурата одржува некристализирана структура за време на жарењето и во голема мера ги подобрува високотемпературните својства на легурата.
03 Ефектот на ретка земја врз оптичките својства на легурите
Додавањето ретка земја во алуминиумска легура може да ја промени структурата на нејзината површинска оксидна фолија, правејќи ја површината посветла и убава. Кога 0,12%~0,25% RE се додава на алуминиумската легура, рефлексивноста на оксидираниот и обоен профил 6063 е до 92%;Кога 0,1%~0,3% RE се додава на леано алуминиумска легура Al Mg, легурата може да го добие најдоброто финиш на површината и издржливост на сјај.
04 Ефектот на ретка земја врз електричните својства на легурите
Додавањето RE на алуминиум со висока чистота е штетно за спроводливоста на легурата, но спроводливоста може да се подобри до одреден степен со додавање на соодветна RE на индустриските чист алуминиум и спроводливи легури Al Mg Si. Експерименталните резултати покажуваат дека спроводливоста на алуминиумот може да се подобри за 2%~3% со додавање на 0,2% RE. Додавање мала количина ретка земја богата со итриум во легура Al Zr може да ја подобри спроводливоста на легурата, која е усвоена од повеќето домашни фабрики за жици; Додадете траги од ретка земја на алуминиум со висока чистота за да направите кондензатор за фолија Al RE. Кога се користи во производи од 25 kV, индексот на капацитивност се удвојува, капацитетот по единица волумен се зголемува за 5 пати, тежината се намалува за 47%, а волуменот на кондензаторот е значително намален.
05Ефект на ретка земја врз отпорноста на корозија на легура
Во некои сервисни средини, особено во присуство на јони на хлорид, легурите се ранливи на корозија, корозија на пукнатини, корозија од стрес и замор од корозија. Со цел да се подобри отпорноста на корозија на алуминиумските легури, спроведени се многу студии. Откриено е дека додавањето на соодветна количина на ретка земја на алуминиумските легури може ефикасно да ја подобри нивната отпорност на корозија. Примероците направени со додавање различни количини на мешани ретки земјини (0,1%~0,5%) во алуминиум беа натопени во саламура и вештачка морска вода три последователни години. Резултатите покажуваат дека додавањето на мала количина на ретки земји во алуминиумот може да ја подобри отпорноста на корозија на алуминиумот, а отпорноста на корозија во саламура и вештачката морска вода е 24% и 32% повисока од онаа на алуминиумот, соодветно; Користење на методот на хемиска пареа и додавање повеќекомпонентен пенетрант за ретка земја (La, Ce, итн.), слој од филм за конверзија на ретка земја може да се формира на површината на легура од 2024 година, со што потенцијалот на површинската електрода на алуминиумската легура има тенденција да биде униформа и ја подобрува отпорноста на интергрануларна корозија и корозија на стрес; Додавањето La на легура на алуминиум со висок Mg може значително да ја подобри способноста за анти-морска корозија на легурата; Додавање 1,5%~ 2,5% Nd до алуминиумските легури може да ги подобрат перформансите на висока температура, воздушната непропустливост и отпорноста на корозија на легури, кои се широко користени како воздушни материјали.
◆ ◆ Технологија на подготовка на алуминиумска легура од ретка земја ◆ ◆
Ретките земји најчесто се додаваат во форма на елементи во трагови во алуминиумските легури и другите легури. Ретката земја има висока хемиска активност, висока точка на топење и лесно се оксидира и согорува на високи температури. Ова предизвика одредени потешкотии во подготовката и примената на алуминиумските легури од ретка земја. Во долгорочното експериментално истражување, луѓето продолжуваат да ги истражуваат методите на подготовка на алуминиумските легури од ретки земји. Во моментов, главните методи на производство за подготовка на алуминиумски легури од ретка земја се методот на мешање, методот на електролиза на стопена сол и методот на алуминотермичка редукција.
01 Метод на мешање
Мешаниот метод на топење е да се додаде ретка земја или мешан метал од ретка земја во високотемпературна алуминиумска течност пропорционално за да се направи главната легура или апликативна легура, а потоа да се стопи главната легура и преостанатиот алуминиум според пресметаниот додаток заедно, целосно да се промеша и да се рафинира .
02 Електролиза
Методот на електролиза на стопена сол е да се додаде оксид на ретка земја или сол на ретка земја во индустриската алуминиумска електролитичка ќелија и електролиза со алуминиум оксид за да се произведе легура на алуминиум од ретка земја. Методот на електролиза на стопена сол се разви релативно брзо во Кина. Општо земено, постојат два начина, имено, метод на течна катода и метод на електролитски еутектоид. Во моментов, развиено е дека соединенијата на ретки земји можат директно да се додадат во индустриските алуминиумски електролитски ќелии, а легурите на ретки земјени алуминиум може да се произведуваат со електролиза на топените хлориди со еутектоидна метода.
03 Метод на алуминотермичка редукција
Бидејќи алуминиумот има силна способност за редукција, а алуминиумот може да формира различни меѓуметални соединенија со ретка земја, алуминиумот може да се користи како редукционо средство за подготовка на алуминиумски легури од ретка земја. Главните хемиски реакции се прикажани во следната формула:
RE2O3+ 6Al→2REAL2+ Ал2O3
Меѓу нив, редок земјен оксид или згура богата со ретка земја може да се користи како суровини за ретки земји; Редуцирачкиот агенс може да биде индустриски чист алуминиум или силициум алуминиум; Температурата на редукција е 1400 ℃ ~ 1600 ℃. Во раната фаза, се носеше надвор под услов на постоење на средство за загревање и флукс, а високата температура на редукција би предизвикала многу проблеми; Во последниве години, истражувачите разви нов метод на алуминотермичка редукција. На пониска температура (780 ℃), реакцијата на алуминотермичка редукција е завршена во системот на натриум флуорид и натриум хлорид, со што се избегнуваат проблемите предизвикани од оригиналната висока температура.
◆ ◆ Напредок во примената на алуминиумска легура од ретка земја ◆ ◆
01 Примена на алуминиумска легура на ретка земја во електроенергетската индустрија
Поради предностите на добрата спроводливост, големиот капацитет на струја, висока јачина, отпорност на абење, лесна обработка и долг работен век, алуминиумската легура на ретка земја може да се користи за производство на кабли, надземни далноводи, жичани јадра, жици за лизгање и тенки жици за Со посебни намени.Додавањето мала количина на RE во системот на легура Al Si може да ја подобри спроводливоста, што е затоа што силиконот во алуминиумската легура е елемент на нечистотија со висока содржина, кој има поголемо влијание врз електричните својства. Додавањето соодветно количество ретка земја може да ја подобри постоечката морфологија и дистрибуција на силициум во легурата, што може ефикасно да ги подобри електричните својства на алуминиумот; Додавање мала количина на итриум или мешана ретка земја богата со итриум во жицата од алуминиумска легура отпорна на топлина не само што може да одржува добри перформанси на висока температура, туку и да ја подобри спроводливоста; Ретката земја може да ја подобри цврстината на истегнување, отпорноста на топлина и отпорноста на корозија на систем од алуминиумска легура. Каблите и проводниците изработени од алуминиумска легура на ретка земја може да го зголемат распонот на кабелската кула и да го продолжат работниот век на каблите.
02Примена на алуминиумска легура на ретка земја во градежната индустрија
6063 алуминиумската легура е најшироко користена во градежната индустрија. Додавањето 0,15% ~ 0,25% ретка земја може значително да ја подобри структурата и структурата за обработка на лиената земја и може да ги подобри перформансите на истиснување, ефектот на термичка обработка, механичките својства, отпорноста на корозија, перформансите на површинскиот третман и тонот на бојата. Откриено е дека ретката земја е главно дистрибуиран во 6063 алуминиумска легура α-Al ја неутрализира фазната граница, границата на зрното и интердендритот, и тие се раствораат во соединенија или постојат во форма на соединенија за рафинирање на структурата и зрната на дендритот, така што големината на нерастворената евтектика и големината на дупчето во областа на дупчињата стануваат значително помали, дистрибуцијата е рамномерна, а густината се зголемува, така што дека различните својства на легурата се подобруваат во различен степен. На пример, јачината на профилот е зголемена за повеќе од 20%, издолжувањето е зголемено за 50%, а стапката на корозија се намалува за повеќе од двапати, Дебелината на оксидниот филм се зголемува за 5% ~ 8%, и својствата на боење се зголемуваат за околу 3%.Затоа, широко се користат профилите за градење од легура RE-6063.
03Примена на алуминиумска легура на ретка земја во дневни производи
Додавањето на траги од ретка земја на чист алуминиум и алуминиумски легури од серијата Al Mg за секојдневна употреба алуминиумските производи може значително да ги подобри механичките својства, својствата на длабоко цртање и отпорноста на корозија. Алуминиумските потпори за мебел, алуминиумските велосипеди и деловите за домашни апарати направени од легура Al Mg RE имаат повеќе од двојно поголема отпорност на корозија, 10% ~ 15% намалување на тежината, 10% ~ 20% зголемување на приносот, 10% ~ 15% намалување на трошоците за производство и подобри перформанси за длабоко цртање и длабока обработка во споредба со производите од алуминиумска легура без ретка земја. Во моментов, широко се користат дневните потреби од легура на алуминиум од ретка земја, а производите значително се зголемија и добро се продаваат на домашниот и на странскиот пазар.
04 Примена на алуминиумска легура на ретка земја во други аспекти
Додавањето неколку илјадити делови од ретка земја во најшироко користената легура за леење од серијата Al Si може значително да ги подобри машинските перформанси на легурата. Многу марки производи се користени во авиони, бродови, автомобили, дизел мотори, мотоцикли и оклопни возила (клип, менувач, цилиндар, инструменти и други делови). Во истражувањето и примената, откриено е дека Sc е најефективниот елемент за оптимизирање на структурата и својствата на алуминиумските легури. Има силно зајакнување на дисперзија, зајакнување на рафинирање на зрната, зајакнување на растворот и зајакнување на микролегурите на алуминиумот, и може да ја подобри јачината, цврстината, пластичноста, цврстината, отпорноста на корозија, отпорноста на топлина итн. на легурите. Легурите од Sc Al серијата се користени во високотехнолошки индустрии како што се воздушната, бродовите, брзите возови, лесните возила итн.C557Al Mg Zr Sc сериската легура на алуминиум на скандиум развиена од НАСА има висока јачина и висока температура и стабилност на ниски температури и се применува на трупот на авионот и структурните делови на авионот; Легурата 0146Al Cu Li Sc развиена од Русија е применета на криогенскиот резервоар за гориво на вселенските летала.
Од том 33, број 1 од Ретка земја од Ванг Хуи, Јанг Ан и Јун Чи
Време на објавување: јули-05-2023 година