A aplicação deTerra raraNa fundição, a liga de alumínio foi realizada anteriormente no exterior. Embora a China tenha iniciado a pesquisa e a aplicação desse aspecto apenas na década de 1960, ela se desenvolveu rapidamente. Muito trabalho foi feito desde a pesquisa do mecanismo até a aplicação prática, e algumas realizações foram feitas. Com a adição de elementos de terras raras, as propriedades mecânicas, as propriedades de fundição e as propriedades elétricas das ligas de alumínio foram muito aprimoradas. materiais, etc.
◆ ◆ Mecanismo de ação da Terra Rara em liga de alumínio e alumínio ◆ ◆
A Terra Rara possui alta atividade química, baixo potencial e arranjo de camada de elétrons especiais e pode interagir com quase todos os elementos. As terras runadas comumente usadas em ligas de alumínio e alumínio incluem LA (lantânio), CE (cério), Y (ítrio) e SC (escândio). Eles são frequentemente adicionados ao líquido de alumínio com modificadores, agentes nucleadores e agentes de desgaseificação, que podem purificar o derretimento, melhorar a estrutura, refinar o grão etc.
01Purificação da Terra Rara
Como uma grande quantidade de inclusões de gás e óxido (principalmente hidrogênio, oxigênio e nitrogênio) será trazida durante a fusão e fundição de liga de alumínio, furos, rachaduras, inclusões e outros defeitos, a sub -hidratação é reduzida na molaridade, a figura 1a, a força da alumínio da alumínio. pinhole rate and porosity (see Figure 1b), and the reduction of inclusions and harmful elements.The main reason is that rare earth has a large affinity with hydrogen, which can absorb and dissolve hydrogen in large quantities and form stable compounds without forming bubbles, thus significantly reducing the hydrogen content and porosity of aluminum;Rare earth and nitrogen form refractory compounds, which are mostly removed in the form of slag in the smelting processo, de modo a alcançar o objetivo de purificar o líquido de alumínio.
A prática provou que a Terra Rara tem o efeito de reduzir o conteúdo de hidrogênio, oxigênio e enxofre nas ligas de alumínio e alumínio. 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 removed, Assim, purificando líquido de alumínio; as partículas finas restantes se tornam núcleos heterogêneos de alumínio para refinar os grãos.
Fig. 1 Morfologia sem 7075 liga sem Re e W (re) = 0,3%
um. RE não é adicionado; b. Adicionar w (re) = 0,3%
02Metamorfismo da Terra Rara
A modificação de terras raras é manifestada principalmente em refino de grãos e dendritos, inibindo a aparência da fase t2 lamelar grossa, eliminando a fase massiva grossa distribuída no cristal primário e a formação de fase esférica, de modo que a faixa e o fragmento compostos no limite de grãos são significativamente reduzidos (veja a figura 2). relativamente ativo. O derretimento no líquido de alumínio é muito fácil de preencher os defeitos da superfície da fase de liga, o que reduz a tensão superficial na interface entre fases novas e antigas e melhora a taxa de crescimento do núcleo de cristal; ao mesmo tempo, também pode formar um filme ativo da superfície entre os grãos e o líquido moldado para evitar o crescimento do crescimento gerado e refina a estrutura de breins e refina a troca de altóias (veja o líquido Molten para evitar o crescimento do crescimento.
Fig. 2 Microestrutura de ligas com diferentes RE Addition
um. Re dosagem é 0; b. A adição é 0,3%; c. A adição é 0,7%
Após a adição de elementos de terras raras, os grãos da fase (Al) começaram a se tornar menores, o que desempenhou um papel no refinamento de grãos α (Al) transformados em uma pequena forma de rosa ou haste, quando o conteúdo de terra raro é 0,3%α O tamanho da terra de grãos de (AL) é o menor, e o aumento de um aumento de terra e o aumento de terras raras. Os temperos só se mostram que se mostram que há um aumento de terra, e a exposição de terras raras, que se mostram, que se mostram ainda mais, o aumento de um aumento de terra e o aumento da terra. Por um certo período de tempo, a Terra Rara desempenhará o maior papel no metamorfismo.
03 Efeito microalloying de terras raras
A Terra rara existe principalmente em ligas de alumínio e alumínio em três formas: solução sólida na matriz (AL); segregação no limite de fase, limite de grão e limite de dendrito; solução sólida em ou na forma de composto. Os efeitos de fortalecimento da terra rara na fase da fase de all -fase de alínea incluem o fortalecimento do recuperação de grãos.
A forma de existência de terras raras na liga de alumínio e alumínio está intimamente relacionada à sua quantidade adicional. 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 Efeitos de liga, como o fortalecimento da segunda fase.
◆ ◆ Efeito da terra rara nas propriedades de liga de alumínio e alumínio ◆◆
01 Efeito da Terra rara nas propriedades mecânicas abrangentes da liga
A força, dureza, alongamento, resistência à fratura, resistência ao desgaste e outras propriedades mecânicas abrangentes da liga podem ser melhoradas adicionando uma quantidade apropriada de terra rara.0.3% Re é adicionada ao lançamento da série de alumínio ZL10 Alloysbde 205,9 MPa a 274 MPa e HB de 80 a 108; adicionando 0,42% SC a 7005 aloyσbaumentou de 314MPa para 414MPa, σ0,2Aumentou de 282MPa para 378MPa, a plasticidade aumentou de 6,8% para 10,1% e a estabilidade de alta temperatura foi significativamente aprimorada; LA e CE podem melhorar significativamente a superplasticidade da liga. A adição de 0,14%~ 0,64%LA a Al-6mg-0,5mn liga aumenta a superplasticidade de 430%para 800%~ 1000%; um estudo sistemático da liga Al Si mostra que a força de escoamento e a resistência à tração da liga podem ser bastante aprimoradas, adicionando uma quantidade apropriada de sc.fig. 3 mostra a aparência SEM de fratura de tração de al-Si7-mg0,8A liga, que indica que é uma fratura de clivagem quebradiça típica sem ER, enquanto que após 0,3% Re é adicionado, a estrutura óbvia da Dimple aparece na fratura, o que indica que ela tem boa tenacidade e ductilidade.
Fig. 3 Morfologia de fratura de tração
um. Não se juntou a re; b. Adicione 0,3% RE
02Efeito da Terra rara nas propriedades de alta temperatura de ligas
Adicionando uma certa quantidade deTerra rarainto aluminum alloy can effectively improve the high-temperature oxidation resistance of aluminum alloy.Adding 1%~1.5% mixed rare earth to the cast Al Si eutectic alloy increases the high temperature strength by 33%, the high temperature rupture strength (300 ℃, 1000 hours) by 44%, and the wear resistance and high temperature stability are significantly improved;Adding La, Ce, Y and mischmetal to cast Al Cu As ligas podem melhorar as propriedades de alta temperatura das ligas; a liga CE de Al-8,4% Solidificada Solidificada Rapidamente Solidificada pode funcionar por um longo tempo abaixo de 400 ℃, melhorando bastante a temperatura de trabalho da liga de alumínio; SC é adicionada à liga Al Mg Si para formar Al3Partículas SC que não são fáceis de gritar a alta temperatura e coerenciar com a matriz para fixar o limite de grão, de modo que a liga mantenha uma estrutura não recristalizada durante o recozimento e melhora bastante as propriedades de alta temperatura da liga.
03 Efeito da Terra Rara nas propriedades ópticas de ligas
Adicionando terras raras à liga de alumínio pode alterar a estrutura de seu filme de óxido de superfície, tornando a superfície mais brilhante e bonita. Quando 0,12%~ 0,25%Re é adicionado à liga de alumínio, a refletividade da superfície oxidada e colorida de 6063 é alumínio alumínio até 92%;
04 Efeito da Terra Rara nas propriedades elétricas de ligas
Adicionar ER ao alumínio de alta pureza é prejudicial à condutividade da liga, mas a condutividade pode ser melhorada em certa medida, adicionando Re apropriado ao alumínio puro industrial e a liga condutora de Al Mg Si. Adotado pela maioria das fábricas de arame doméstico; adicione rastreamento de terras raras a alumínio de alta pureza para fazer o capacitor de alumínio. Quando usado em produtos de 25kV, o índice de capacitância é dobrado, a capacidade por unidade de volume é aumentada em 5 vezes, o peso é reduzido em 47%e o volume do capacitor é significativamente reduzido.
05Efeito da Terra rara na resistência à corrosão da liga
Em alguns ambientes de serviço, especialmente na presença de íons cloreto, as ligas são vulneráveis à corrosão, corrosão de fendas, corrosão por estresse e fadiga da corrosão. Em vez de melhorar a resistência à corrosão das ligas de alumínio, muitos estudos foram realizados. Verificou -se que a adição de quantidade apropriada de ligas de terras raras a alumínio pode melhorar efetivamente sua resistência à corrosão. As amostras feitas adicionando quantidades diferentes de terras raras mistas (0,1%~ 0,5%) ao alumínio foram embebidas em salmoura e água do mar artificial por três anos consecutivos. The results show that adding a small amount of rare earths to aluminum can improve the corrosion resistance of aluminum, and the corrosion resistance in brine and artificial seawater is 24% and 32% higher than that of aluminum, respectively;Using chemical vapor method and adding rare earth multi-component penetrant (La, Ce, etc.), a layer of rare earth conversion film can be formed on the surface of 2024 alloy, making the surface electrode potential de liga de alumínio tendem a ser uniformes e melhorar a resistência à corrosão intergranular e à corrosão do estresse; adicionar LA à liga de alumínio com alto mg pode melhorar significativamente a capacidade de corrosão anti-marinha da liga; a adição de 1,5% ~ 2,5% de resistência a alumínio a performance de alta temperatura, a estanqueidade de 2,5% e a corrosão e a corrosão de alta temperatura.
◆ ◆ Tecnologia de preparação da liga de alumínio de terras raras ◆ ◆
A Terra Rara é adicionada principalmente na forma de traços de elementos em ligas de alumínio e outras ligas. A Terra Rara tem alta atividade química, alto ponto de fusão e é fácil de ser oxidado e queimado a altas temperaturas. Isso causou certas dificuldades na preparação e aplicação de ligas de alumínio de terras raras. Na pesquisa experimental de longo prazo, as pessoas continuam a explorar os métodos de preparação de ligas de alumínio de terras raras.
01 Método de mistura
O método de fusão mista é adicionar terras raras ou metal de terras raras mistas em líquido de alumínio de alta temperatura em proporção para fazer liga mestre ou liga de aplicação e, em seguida, derreter a liga mestre e o alumínio restante de acordo com o subsídio calculado juntos, despertar e refinar totalmente.
02 Eletrólise
O método de eletrólise de sal fundido é adicionar óxido de terras raras ou sal de terras raras à célula eletrolítica de alumínio industrial e eletrolisa com óxido de alumínio para produzir liga de alumínio de terras raras. O método de eletrólise de sal de solte se desenvolveu relativamente rápido na China. Geralmente, existem duas maneiras, a saber, o método do cátodo líquido e o método eletrolítico eutectóide. Atualmente, foi desenvolvido que os compostos de terras raras podem ser adicionadas diretamente às células eletrolíticas de alumínio industrial, e as ligas de alumínio de terras raras podem ser produzidas pela eletrólise do cloreto derrete pelo método eutectóide.
03 Método de redução de aluminotérmica
Como o alumínio tem uma forte capacidade de redução, e o alumínio pode formar uma variedade de compostos intermetálicos com terras raras, o alumínio pode ser usado como um agente redutor para preparar ligas de alumínio de terras raras. As principais reações químicas são mostradas na seguinte fórmula:
RE2O3+ 6al → 2Real2+ Al2O3
Entre eles, o óxido de terras raras ou a escória rica em terras raras pode ser usada como matérias -primas de terras raras; o agente redutor pode ser alumínio ou alumínio de silício industrial; a temperatura de redução é de 1400 ℃ ~ 1600 ℃. Em estágio inicial, foi realizado em que a temperatura da existência da existência da existência e do fluxo de aquecimento e a temperatura de alta redução causaria muitos problemas; A uma temperatura mais baixa (780 ℃), a reação de redução de aluminotérmica é concluída no sistema de fluoreto de sódio e cloreto de sódio, o que evita os problemas causados pela alta temperatura original.
◆ ◆ Progresso da aplicação da liga de alumínio de terras raras ◆ ◆
01 Aplicação de liga de alumínio de terras raras na indústria de energia
Devido às vantagens de boa condutividade, grande capacidade de transporte de corrente, alta resistência, resistência ao desgaste, fácil processamento e vida útil longa, a liga de alumínio de terras raras pode ser usada para fabricar cabos, linhas de transmissão aérea, núcleos de arame, fios de deslizamento e fios finos para fins especiais. Um impacto maior nas propriedades elétricas. A adição de uma quantidade apropriada de terra rara pode melhorar a morfologia e a distribuição existentes de silício na liga, o que pode melhorar efetivamente as propriedades elétricas do alumínio; adicionar uma pequena quantidade de yttrium ou yttrium raro de terra rara mista na resistência de alumínio resistente e o fio de alumínio resistente e a performance de alta temperatura, mas também melhorar a condutividade; sistema. Cabos e condutores feitos de liga de alumínio de terras raras podem aumentar a extensão da torre de cabos e prolongar a vida útil dos cabos.
02Aplicação de liga de alumínio de terras raras na indústria da construção
A liga de alumínio 6063 é a mais amplamente utilizada na indústria da construção. Adicionar 0,15% ~ 0,25% A Terra rara pode melhorar significativamente a estrutura do fundido e a estrutura de processamento do AS e melhorar o desempenho da extrusão, o efeito do tratamento térmico, as propriedades mecânicas, a resistência à corrosão, o desempenho do tratamento da superfície e o tom de cor. Os compostos para refinar a estrutura e os grãos do dendrite, de modo que o tamanho da eutética não dissolvida e o tamanho da covinha na área da covinha se tornem significativamente menores, a distribuição é uniforme e a densidade aumenta, de modo que as várias propriedades da liga melhoram para variar os graus. Por exemplo, a força do perfil é aumentada em mais de 20%, o alongamento é aumentado em 50%e a taxa de corrosão é reduzida em mais de duas vezes, a espessura do filme de óxido aumenta em 5%~ 8%, e a propriedade para colorir aumenta em cerca de 3%. Portanto, antes de 6063, os perfis de construção de ligas são amplamente utilizados.
03Aplicação de liga de alumínio de terras raras em produtos diários
Adicionar traços Terra rara ao alumínio puro e as ligas de alumínio Al Mg Series para produtos diários de uso de alumínio pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas, propriedades de desenho profundo e resistência à corrosão. Resistência, redução de peso de 10% ~ 15%, aumento de 10% ~ 20% de rendimento, redução de custo de produção de 10% ~ 15% e melhor desempenho profundo de desenho e desempenho profundo em comparação com os produtos de liga de alumínio sem terra rara. No presente, as necessidades diárias de liga de alumínio de terras raras foram amplamente utilizadas e os produtos aumentaram significativamente e são vendidos bem nos mercados domésticos e estrangeiros.
04 Aplicação de liga de alumínio de terras raras em outros aspectos
A adição de alguns milésimos de terra rara na liga de fundição da série Al Si mais usada pode melhorar significativamente o desempenho da usinagem da liga. Muitas marcas de produtos têm sido usadas em aeronaves, navios, automóveis, motores a diesel, motocicletas e veículos blindados (pistão, caixa de câmbio, cilindro, instrumentação e outras peças). Em pesquisa e aplicação, verifica -se que o SC é o elemento mais eficaz para otimizar a estrutura e as propriedades das ligas de alumínio. It has strong dispersion strengthening, grain refinement strengthening, solution strengthening and microalloy strengthening effects on aluminum, and can improve the strength, hardness, plasticity, toughness, corrosion resistance, heat resistance, etc. of alloys.Sc Al series alloys have been used in high-tech industries such as aerospace, ships, high-speed trains, light vehicles, etc.C557Al Mg Zr Sc series scandium aluminum alloy Desenvolvido pela NASA, tem alta estabilidade de resistência e alta temperatura e baixa temperatura e foi aplicada à fuselagem de aeronaves e peças estruturais de aeronaves; a liga de 0146al cu li sc desenvolvida pela Rússia foi aplicada ao tanque de combustível criogênico da espaçonave.
Do volume 33, Edição 1 de Terra Rara por Wang Hui, Yang e Yun Qi
Hora de postagem: JUL-05-2023