De toepassing vanzeldzame aardeIn het gieten van aluminium legering werd eerder in het buitenland uitgevoerd. Hoewel China het onderzoek en de toepassing van dit aspect pas in de jaren zestig begon, heeft het zich snel ontwikkeld. A lot of work has been done from mechanism research to practical application, and some achievements have been made.With the addition of rare earth elements, the mechanical properties, casting properties and electrical properties of aluminum alloys have been greatly improved.In the field of new materials, the rich optical, electrical and magnetic properties of rare earth elements also play an important role in making rare earth permanent magnetic materials, rare earth light-emitting materials, rare earth waterstofopslagmaterialen, etc.
◆ ◆ Actiemechanisme van zeldzame aarde in aluminium en aluminiumlegering ◆ ◆ ◆
Zeldzame aarde heeft een hoge chemische activiteit, een laag potentieel en speciale elektronenlaag en kan interageren met bijna alle elementen. Razende aardes die vaak worden gebruikt in aluminium en aluminiumlegeringen omvatten LA (lanthaan), CE (cerium), Y (yttrium) en SC (scandium). Ze worden vaak toegevoegd aan aluminium vloeistof met modificatoren, nucleaten -middelen en ontgassingsmiddelen, die de smelt kunnen zuiveren, de structuur kunnen verbeteren, het graan kunnen verfijnen, enz.
01Zuivering van zeldzame aarde
Aangezien een grote hoeveelheid gas- en oxide -insluitsels (voornamelijk waterstof, zuurstof en stikstof) worden binnengebracht tijdens het smelten en gieten van aluminiumlegering, zullen pinholes, scheuren, insluitsels en andere defecten optreden in de gieting (zie figuur 1a), het verminderen van de sterkte van aluminiumlegering van het zeldzame aarde, het verleden van de roeductie, het verleden van de roeductie, het reductie van het reductie in het gehalte in de molen, het reductie in de duidelijke aluminium, het reductie van de ransuctie in de duidelijke aluminium, het reductie van het reductie in de duidelijke aluminium, het reductie van het reductie, het reductie in het gehalte in de molden, het verleden van de molen in de molten. van pinhole snelheid en porositeit (zie figuur 1b), en de reductie van insluitsels en schadelijke elementen. De belangrijkste reden is dat zeldzame aarde een grote affiniteit heeft met waterstof, die waterstof kan absorberen en oplossen in grote hoeveelheden en stabiele verbindingen kan vormen zonder bubbels te vormen, die meestal worden ontleend aan de vorm van het hydrogen en de stikstof in de vorm van de vorm van de vorm van het water. Smeltproces, om het doel te bereiken om aluminium vloeistof te zuiveren.
De praktijk heeft bewezen dat zeldzame aarde het effect heeft om het gehalte aan waterstof, zuurstof en zwavel in aluminium- en aluminiumlegeringen te verminderen. Adding 0.1%~0.3% RE in aluminum liquid is helpful to better remove harmful impurities, refine impurities or change their morphology, so as to refine and evenly distribute grains;In addition, RE and harmful impurities with low melting point form binary compounds such as RES, REAs, and REPb, which are characterized by high melting point, low density, and stable chemical properties, and can be floated up to form slag and verwijderd, aldus zuiverende aluminium vloeistof; de resterende fijne deeltjes worden heterogene kernen van aluminium om korrels te verfijnen.
Fig. 1 SEM -morfologie van 7075 legering zonder RE en W (Re) = 0,3%
A. Re is niet toegevoegd; b. Voeg w (re) = 0,3% toe
02Metamorfisme van zeldzame aarde
Zeldzame aardmodificatie wordt voornamelijk gemanifesteerd bij het verfijnen van korrels en dendrieten, waardoor het uiterlijk van grove lamellaire T2 -fase wordt geremd, waardoor de grove massieve fase wordt geëlimineerd die is verdeeld in het primaire kristal en de sferische fase vormt, zodat de strip- en fragmentverbindingen bij het korrelgrens aanzienlijk worden verminderd (zie figuur 2). Eigenschappen zijn relatief actief. Smelten in aluminium vloeistof is zeer gemakkelijk om de oppervlaktefouten van de legeringsfase te vullen, die de oppervlaktespanning op het interface tussen nieuwe en oude fasen vermindert en de groeisnelheid van kristalkern verbetert; tegelijkertijd kan het ook een oppervlakte -actieve film tussen de korrels en de molten vloeistof vormen om de groei van de gegenereerde korrels te voorkomen en de alloegstructuur te verfijnen (zie figuur 2B).
Fig. 2 microstructuur van legeringen met verschillende RE -toevoeging
A. Re -dosering is 0; b. Re -toevoeging is 0,3%; c. Re -toevoeging is 0,7%
Na het toevoegen van zeldzame aarde -elementen α De korrels van (Al) fase werden kleiner, die een rol speelde bij het verfijnen van granenα (AL) omgezet in een kleine roos- of staafvorm, wanneer het gehalte van zeldzame aarde 0,3%is. Gedurende een bepaalde periode zal zeldzame aarde de grootste rol spelen in het metamorfisme. Naast, neemt het aantal kristalkernen van de verbindingen gevormd door aluminium en zeldzame aarde sterk toe wanneer het metaal kristalliseert, waardoor de legeringsstructuur ook wordt verfijnd.
03 Microalloegeffect van zeldzame aarde
Zeldzame aarde bestaat voornamelijk in aluminium- en aluminiumlegeringen in drie vormen: vaste oplossing in de matrixa (AL); segregatie bij fasegrens, korrelgrens en dendrietgrens; vaste oplossing in of in de vorm van verbindingen. De versterkingseffecten van zeldzame aarde in aluminiumlegeringen in het aluminium Aluminium -legeringen zijn hoofdzakelijk de graanversterkingsversterking, eindige oplossing Versterking van de zeldzame aardeversterking van zeldzame aarde in de zeldzame aarde.
De bestaande vorm van zeldzame aarde in aluminium en aluminiumlegering is nauw verwant aan de toevoegingshoeveelheid. Generally, when RE content is less than 0.1%, the role of RE is mainly fine grain strengthening and finite solution strengthening;When RE content is 0.25%~0.30%, RE and Al form a large number of spherical or short rod like intermetallic compounds, which are distributed in the grain or grain boundary, and a large number of dislocations, fine grain spheroidized structures and dispersed rare earth compounds appear, which will produce micro Legeringseffecten zoals het versterken van de tweede fase.
◆ ◆ Effect van zeldzame aarde op eigenschappen van aluminium en aluminiumlegering ◆◆
01 Effect van zeldzame aarde op uitgebreide mechanische eigenschappen van legering
De sterkte, hardheid, verlenging, breuktaaiheid, slijtvastheid en andere uitgebreide mechanische eigenschappen van de legering kunnen worden verbeterd door de juiste hoeveelheid zeldzame aarde toe te voegen.bvan 205,9 MPa tot 274 MPa en HB van 80 tot 108;bverhoogd van 314MPa tot 414MPa, σ0,2Verhoogd van 282MPa tot 378MPa, nam de plasticiteit toe van 6,8% tot 10,1% en de stabiliteit met hoge temperatuur was aanzienlijk verbeterd; LA en CE kunnen de superplasticiteit van de legering aanzienlijk verbeteren. Door 0,14%~ 0,64%LA toe te voegen aan AL-6MG-0,5MN-legering verhoogt de superplasticiteit van 430%tot 800%~ 1000%; een systematische studie van Al Si-legering toont aan dat de opbrengststerkte en ultieme treksterkte van de legering sterk kunnen worden verbeterd door een juiste hoeveelheid sc. 3 toont de SEM-verschijning van trekbreuk van al-Si7-Mg0,8Legering, die aangeeft dat het een typische brosse splitsingbreuk is zonder Re, terwijl na 0,3% RE is toegevoegd, verschijnt de voor de hand liggende kuiltje structuur in de breuk, wat aangeeft dat het goede taaiheid en ductiliteit heeft.
Fig. 3 trekbreukmorfologie
A. Niet toegevoegd RE; b. Voeg 0,3% RE toe
02Effect van zeldzame aarde op eigenschappen op hoge temperatuur van legeringen
Een bepaalde hoeveelheid toevoegenzeldzame aardeIn aluminium legering kan de oxidatieweerstand van aluminiumlegering bij hoge temperatuur effectief verbeteren. Cu-legeringen kunnen de eigenschappen op hoge temperatuur van de legeringen verbeteren; de snel gestold AL-8,4% Fe-3,4% CE-legering kan lang onder 400 ℃ werken, waardoor de werktemperatuur van aluminiumlegering sterk wordt verbeterd; SC wordt toegevoegd aan de Al Mg Si-legering om te vormen Al.3SC-deeltjes die niet gemakkelijk te groeven zijn bij hoge temperatuur en samen te voegen met de matrix om de korrelgrens te pinnen, zodat de legering een niet-geregistreerde structuur handhaaft tijdens gloeien, en de eigenschappen van de legering sterk verbetert.
03 Effect van zeldzame aarde op optische eigenschappen van legeringen
Het toevoegen van zeldzame aarde aan aluminiumlegering kan de structuur van de oppervlakte -oxidefilm veranderen, waardoor het oppervlak helderder en mooi wordt. Wanneer 0,12%~ 0,25%RE wordt toegevoegd aan de aluminiumlegering, kan de reflectiviteit van de geoxideerde en gekleurde 6063 -profiel tot 92%; wanneer 0,1%~ 0,3%RE wordt toegevoegd aan aluminium gooide aluminium Aluminum, de aluminatie Aluminum, de aluminatie, de aluminatie, de aluminatie, de aluminatie, de aluminatie, de aluminiteit, de aluminatie, de aluminatie, de aluminatie, de aluminiteit, de aluminatie, de aluminiteit, de aluminiteit, de alumineer, de alumineer, de alumineer.
04 Effect van zeldzame aarde op elektrische eigenschappen van legeringen
Het toevoegen van RE aan aluminium met een hoog zuiverheid is schadelijk voor de geleidbaarheid van de legering, maar de geleidbaarheid kan tot op zekere hoogte worden verbeterd door de juiste RE toe te voegen aan industrieel zuiver aluminium en al mg si geleidende legeringen. De legering, die is overgenomen door de meeste huishoudelijke draadfabrieken; voeg trace zeldzame aarde toe aan hoog zuiver aluminium om al re-folie-condensator te maken. Bij gebruik in 25KV -producten wordt de capaciteitsindex verdubbeld, de capaciteit per volume -eenheid wordt 5 keer verhoogd, het gewicht wordt verlaagd met 47%en het condensatorvolume is aanzienlijk verminderd.
05Effect van zeldzame aarde op corrosieweerstand van legering
In sommige serviceomgevingen, vooral in aanwezigheid van chloride -ionen, zijn legeringen kwetsbaar voor corrosie, spleetcorrosie, stresscorrosie en corrosievermoeidheid. Om de corrosieweerstand van aluminiumlegeringen te verbeteren, zijn veel onderzoeken uitgevoerd. Het is gebleken dat het toevoegen van de juiste hoeveelheid zeldzame aarde aan aluminiumlegeringen hun corrosieweerstand effectief kan verbeteren. De monsters die zijn gemaakt door verschillende hoeveelheden zeldzame aardes (0,1%~ 0,5%) aan aluminium toe te voegen, werden gedrenkt in pekel en kunstmatige zeewater voor drie opeenvolgende jaren. De resultaten tonen aan dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid zeldzame aardes aan aluminium de corrosieweerstand van aluminium kan verbeteren, en de corrosieweerstand in pekel en kunstmatige zeewater is 24% en 32% hoger dan die van aluminium, respectievelijk met chemische dampmethode en het toevoegen van zeldzame aardcomponentfilms. Het maken van de oppervlakte-elektrodepotentiaal van aluminiumlegering is meestal uniform, en het verbeteren van de weerstand tegen intergranulaire corrosie en stresscorrosie; het toevoegen van LA aan hoge mg aluminium legering kan de anti-mariene corrosie van de legering aanzienlijk verbeteren; gebruikt als ruimtevaartmaterialen.
◆ ◆ Bereidatietechnologie van zeldzame aluminiumlegering van de aarde ◆ ◆ ◆
Zeldzame aarde wordt meestal toegevoegd in de vorm van sporenelementen in aluminiumlegeringen en andere legeringen. Zeldzame aarde heeft een hoge chemische activiteit, een hoog smeltpunt en is gemakkelijk te oxideren en verbrand bij hoge temperaturen. Dit heeft bepaalde moeilijkheden veroorzaakt bij de bereiding en toepassing van zeldzame aluminiumlegeringen van de aarde. In het experimentele onderzoek op de lange termijn blijven mensen de bereidingsmethoden van zeldzame aardbladen van de aarde verkennen. Bij aanwezigheid zijn de belangrijkste productiemethoden voor het bereiden van zeldzame aardaluminiumlegeringen mengmethode, molten zout elektrolysemethode en aluminotherm-reductiemethode.
01 Mengmethode
De gemengde smeltmethode is om zeldzame aarde of gemengd zeldzame aardmetaal toe te voegen aan aluminium vloeistof op hoge temperatuur in verhouding tot het maken van masterlegering of toepassingslegering, en vervolgens de hoofdlegering en het resterende aluminium te smelten volgens de berekende vergoeding, volledig roeren en verfijnen.
02 Elektrolyse
De gesmolten zout elektrolysemethode is om zeldzame aardoxide of zeldzame aardezout toe te voegen aan de industriële aluminium elektrolytische cel en elektrolyze met aluminiumoxide om zeldzame aardaluminiumlegering te produceren. Gemolden zout elektrolysemethode heeft zich relatief snel ontwikkeld in China. Over het algemeen zijn er twee manieren, namelijk vloeibare kathodemethode en elektrolytische eutectoïde methode. Momenteel is ontwikkeld dat zeldzame aardverbindingen direct kunnen worden toegevoegd aan industriële aluminium elektrolytische cellen en zeldzame aardaluminiumlegeringen kunnen worden geproduceerd door elektrolyse van chloride -smeltmethode door eutectoïde methode.
03 Aluminotherme reductiemethode
Omdat aluminium een sterk reductievermogen heeft en aluminium een verscheidenheid aan intermetallische verbindingen met zeldzame aarde kan vormen, kan aluminium worden gebruikt als een reducerend middel om zeldzame aardbladen te bereiden. De belangrijkste chemische reacties worden getoond in de volgende formule:
RE2O3+ 6AL → 2REAL2+ Al2O3
Onder hen kan zeldzame aardoxide of zeldzame aarde -rijke slak worden gebruikt als zeldzame grondstoffen van de aarde; het reductiemiddel kan industrieel zuiver aluminium of siliciumaluminium zijn; de reductietemperatuur is 1400 ℃ ~ 1600 ℃. In het vroege stadium heeft het in de afgelopen jaren een nieuwe aluminme -reductietemperatuur ontwikkeld; Bij een lagere temperatuur (780 ℃) wordt de aluminotherme reductiereactie voltooid in het systeem van natriumfluoride en natriumchloride, wat de problemen vermijdt die worden veroorzaakt door de oorspronkelijke hoge temperatuur.
◆ ◆ Toepassing voortgang van de zeldzame aluminium legering van de aarde ◆ ◆
01 Toepassing van zeldzame aluminium aluminiumlegering in de machtsindustrie
Vanwege de voordelen van goede geleidbaarheid, grote huidige draagcapaciteit, hoge sterkte, slijtvastheid, gemakkelijke verwerking en lange levensduur, kan zeldzame aarde aluminiumlegering worden gebruikt om kabels te produceren, overhead transmissielijnen, draadkores, schuifdraden en dunne draden voor speciale doeleinden. Inhoud, wat een grotere impact heeft op de elektrische eigenschappen. Adding an appropriate amount of rare earth can improve the existing morphology and distribution of silicon in the alloy, which can effectively improve the electrical properties of aluminum;Adding a small amount of yttrium or yttrium rich mixed rare earth into the heat-resistant aluminum alloy wire can not only maintain good high-temperature performance but also improve the conductivity;Rare earth can improve the tensile strength, heat resistance and corrosion resistance of Aluminium legeringssysteem. Kabels en geleiders gemaakt van zeldzame aluminiumlegering van de aarde kunnen de spanwijdte van de kabeltoren vergroten en de levensduur van kabels verlengen.
02Toepassing van zeldzame aluminium aluminiumlegering in de bouwsector
6063 Aluminiumlegering is het meest gebruikt in de bouwsector. 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 Verbindingen om de dendrietstructuur en -korrels te verfijnen, zodat de grootte van de niet -opgeloste eutectische en de grootte van het kuiltje in het kuiltje aanzienlijk kleiner wordt, de verdeling is uniform en de dichtheid neemt toe, zodat de verschillende eigenschappen van de legering zijn verbeterd tot variërende graden. De sterkte van het profiel wordt bijvoorbeeld met meer dan 20%verhoogd, de verlenging wordt verhoogd met 50%en de corrosiesnelheid wordt meer dan twee keer verlaagd, de dikte van de oxidefilm neemt toe met 5%~ 8%, en de kleurstof-eigenschap neemt toe met ongeveer 3%.
03Toepassing van zeldzame aluminium legering in dagelijkse producten
Trace zeldzame aarde toevoegen aan pure aluminium en al mg series aluminium legeringen voor dagelijks gebruik aluminiumproducten kunnen de mechanische eigenschappen, diepe tekeningeigenschappen en corrosieweerstand aanzienlijk verbeteren. Legering heeft meer dan twee keer de corrosieweerstand, 10% ~ 15% gewichtsvermindering, 10% ~ 20% opbrengstverhoging, 10% ~ 15% productiekostenreductie en betere diepe tekening en diepe verwerkingsprestaties vergeleken met aluminiumlegeringsproducten zonder zeldzame aarde. Bij heden zijn de dagelijkse noodzaak van zeldzame aardinum -aluminiumlegering op grote schaal en zijn de producten goed in de binnenlandse en vreemde markt.
04 Toepassing van zeldzame aluminiumlegering van de aarde in andere aspecten
Het toevoegen van een paar duizendste zeldzame aarde aan de meest gebruikte Al SI -serie die legering wordt gegoten, kan de bewerkingsprestaties van de legering aanzienlijk verbeteren. Veel merken producten zijn gebruikt in vliegtuigen, schepen, auto's, dieselmotoren, motorfietsen en gepantserde voertuigen (zuiger, versnellingsbak, cilinder, instrumentatie en andere onderdelen). In onderzoek en toepassing blijkt dat SC het meest effectieve element is om de structuur en eigenschappen van aluminiumlegeringen te optimaliseren. Het heeft een sterke dispersieversterking, graanverfijningversterking, oplossingsversterking en microalloyversterkingseffecten op aluminium, en kan de sterkte, hardheid, plasticiteit, taaiheid, taaiheid, corrosieweerstand, hittebestendigheid, hittebestendigheid, enz. Verbetering van aluminium van de aluminium van de lucht, schepen, schepen, lichte voertuigen, lichte voertuigen, enz. Legering ontwikkeld door NASA heeft een hoge sterkte en stabiliteit met een hoge temperatuur en lage temperatuur en is toegepast op structurele onderdelen van vliegtuigen en vliegtuig;
Uit deel 33, nummer 1 van Rare Earth door Wang Hui, Yang An en Yun Qi
Posttijd: JUL-05-2023