AplicareaPământ rarÎn turnarea aliajului de aluminiu a fost efectuat mai devreme în străinătate. Deși China a început cercetarea și aplicarea acestui aspect doar în anii 1960, s -a dezvoltat rapid. 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 Materiale de depozitare a hidrogenului etc.
◆ ◆ Mecanismul de acțiune al pământului rar în aluminiu și aliaj de aluminiu ◆ ◆
Pământul rar are o activitate chimică ridicată, un potențial scăzut și un aranjament special al stratului de electroni și poate interacționa cu aproape toate elementele. Pământuri de lucru utilizate frecvent în aluminiu și aliaje de aluminiu includ LA (Lanthanum), CE (Ceriu), Y (Yttrium) și sc (scandium) Acestea sunt adesea adăugate în lichid de aluminiu cu modificatori, agenți de nucleare și agenți de degazare, care pot purifica topirea, îmbunătăți structura, rafinarea bobului etc.
01Purificarea pământului rar
Pe măsură ce o cantitate mare de incluziuni de gaze și oxid (în principal hidrogen, oxigen și azot) vor fi aduse în timpul topirii și turnării aliajului de aluminiu, găurilor, fisuri, incluziuni și alte defecte vor apărea în turnare (a se vedea figura 1a), reducerea rezistenței aliajului de aluminiu. reducerea vitezei de pin și a porozității (a se vedea figura 1B) și reducerea incluziunilor și a elementelor nocive. Motivul principal este că pământul rar are o afinitate mare cu hidrogenul, care poate absorbi și dizolva hidrogenul în cantități mari și formează compuși stabili fără a forma bule, reducând astfel conținutul de hidrogen și porozitatea, care se revin în mare parte în formularul de azot și de a se retrăgea de azot, care se revin în aluminiu; zgură în procesul de topire, pentru a atinge scopul purificării lichidului de aluminiu.
Practica a dovedit că pământul rar are ca efect reducerea conținutului de hidrogen, oxigen și sulf în aliajuri de aluminiu și aluminiu. 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 îndepărtat, purificând astfel lichidul de aluminiu; particulele fine rămase devin nuclee eterogene de aluminiu pentru a rafina boabele.
Fig. 1 Morfologie SEM a aliajului 7075 fără re și w (re) = 0,3%
o. Re nu este adăugat; b. Adăugați w (re) = 0,3%
02Metamorfismul pământului rar
Modificarea rară a Pământului se manifestă în principal în rafinarea boabelor și dendritelor, inhibând aspectul fazei T2 lamelare grosiere, eliminând faza masivă grosieră distribuită în cristalul primar și formarea fazei sferice, astfel încât compușii de bandă și fragment la granița de cereale sunt reduse semnificativ (a se vedea figura 2). relativ activ. Topirea în lichidul de aluminiu este foarte ușor de umplut defectele de suprafață ale fazei de aliaj, ceea ce reduce tensiunea de suprafață pe interfața dintre fazele noi și cele vechi și îmbunătățește rata de creștere a nucleului de cristal; în același timp, poate forma, de asemenea, o peliculă activă de suprafață între cereale și lichidul topit pentru a preveni creșterea boabelor generate și a perfecționa structura aly (a se vedea figura 2B).
Fig. 2 Microstructura aliajelor cu Adidație diferită RE
o. Doza de re este 0; b. Adăugarea RE este de 0,3%; c. Adăugarea RE este de 0,7%
După adăugarea elementelor de pământ rare a cerealele de fază (Al) au început să devină mai mici, ceea ce a jucat un rol în rafinarea boabelor (AL) transformate într -o formă mică de trandafir sau tijă, atunci când conținutul de pământ rar este de 0,3%α, mărimea cerealelor (Al) faza este cea mai mică, iar creșterea trecută odată cu creșterea suplimentară a conținutului de pământ rar. La o temperatură ridicată pentru o anumită perioadă de timp, pământul rar va juca cel mai mare rol în metamorfism. În plus, numărul de nuclee de cristal ale compușilor formați din aluminiu și pământul rar crește foarte mult atunci când metalul cristalizează, ceea ce face ca structura aliajului să fie rafinată. Cercetarea arată că pământul rar are un efect bun de modificare asupra aliajului de alumin.
03 Efectul microaliat al Pământului rar
Pământul rar există în principal în aliajele de aluminiu și aluminiu în trei forme: soluție solidă în matrice (AL); segregarea la granița fazei, granița de cereale și granița dendritei; soluție solidă în sau sub formă de compus.
Forma de existență a pământului rar în aluminiu și aliaj de aluminiu este strâns legată de cantitatea de adăugare. 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 alloying effects cum ar fi întărirea fazei a doua.
◆ ◆ Efectul Pământului rar asupra proprietăților din aluminiu și aliaj de aluminiu ◆◆
01 Efectul pământului rar asupra proprietăților mecanice cuprinzătoare ale aliajului
Forța, duritatea, alungirea, rezistența la fractură, rezistența la uzură și alte proprietăți mecanice cuprinzătoare ale aliajului pot fi îmbunătățite prin adăugarea unei cantități adecvate de pământ rar.0,3% RE este adăugat la aliaj de aluminiu aluminiu ZL10bde la 205,9 MPa la 274 MPa și HB de la 80 la 108; adăugând 0,42% SC la 7005 aliajiniba crescut de la 314MPa la 414MPa, σ0,2A crescut de la 282MPa la 378MPa, plasticitatea a crescut de la 6,8% la 10,1%, iar stabilitatea la temperatură ridicată a fost semnificativ îmbunătățită; LA și CE poate îmbunătăți semnificativ superplasticitatea aliajului. Adăugarea 0,14%~ 0,64%LA la aliaj Al-6mg-0,5MN crește superplasticitatea de la 430%la 800%~ 1000%; un studiu sistematic al aliajului AL Si arată că rezistența la randament și rezistența finală de tracțiune a aliajului pot fi mult îmbunătățite prin adăugarea unei cantități adecvate de SC.FIG. 3 arată aspectul SEM al fracturii de tracțiune a al-Si7-mg0,8Aliaj, ceea ce indică faptul că este o fractură tipică de clivaj fragilă fără RE, în timp ce după 0,3% RE se adaugă, apare o structură evidentă a scăpării în fractură, ceea ce indică faptul că are o duritate și o ductilitate bună.
Fig. 3 Morfologia fracturii de tracțiune
o. Nu s -a alăturat re; b. Adăugați 0,3% RE
02Efectul pământului rar asupra proprietăților de temperatură ridicată a aliajelor
Adăugând o anumită cantitate dePământ rarîn aliaj de aluminiu poate îmbunătăți în mod eficient rezistența la oxidare la temperatură ridicată a aliajului de aluminiu. Adăugarea 1%~ 1,5%pământ rar mixt la aliajul turnat al aliacului eutectic crește rezistența la temperatură ridicată cu 33%, rezistența ridicată la temperatură (300 ℃, 1000 ore) cu 44%, iar rezistența la uzură și stabilitate de temperatură ridicată sunt îmbunătățite în mod semnificativ, adăugând la, CE, Aliajele Cu pot îmbunătăți proprietățile la temperaturi ridicate ale aliajelor; aliajul AL-8,4% Fe-3,4% CE poate funcționa mult timp sub 400 ℃, îmbunătățind foarte mult temperatura de lucru a aliajului de aluminiu; SC este adăugat la aliajul Al Mg Si pentru a forma Al Al Al aluminiu;3Particule de SC care nu sunt ușor de îngrozit la temperaturi ridicate și se coachează cu matricea pentru a fixa granița, astfel încât aliajul să mențină o structură nerecristalizată în timpul recoacerii și îmbunătățește foarte mult proprietățile la temperaturi ridicate ale aliajului.
03 Efectul pământului rar asupra proprietăților optice ale aliajelor
Adăugarea pământului rar în aliaj de aluminiu poate schimba structura filmului său de oxid de suprafață, ceea ce face ca suprafața să fie mai strălucitoare și mai frumoasă. Când se adaugă 0,12%~ 0,25%RE la aliaj de aluminiu, reflectivitatea profilului oxidat și colorat 6063 este de până la 92%; când 0,1%~ 0,3%RE este adăugat la finisaj de suprafață al MG.
04 Efectul pământului rar asupra proprietăților electrice ale aliajelor
Adăugarea Re la aluminiu de înaltă puritate este dăunătoare pentru conductivitatea aliajului, dar conductivitatea poate fi îmbunătățită într-o anumită măsură prin adăugarea de RE adecvate la aluminiu pur industrial și aliajuri conductoare al mg si. care a fost adoptată de majoritatea fabricilor de sârmă internă; adăugați urme de pământ rar la aluminiu de înaltă puritate pentru a face condensatorul de folie. Atunci când este utilizat în produse de 25kV, indicele de capacitate este dublat, capacitatea pe unitatea de volum este crescută de 5 ori, greutatea este redusă cu 47%, iar volumul condensatorului este redus semnificativ.
05Efectul pământului rar asupra rezistenței la coroziune a aliajului
În unele medii de servicii, în special în prezența ionilor de clorură, aliajele sunt vulnerabile la coroziune, coroziunea creviei, coroziunea stresului și oboseala coroziunii. În ceea ce privește îmbunătățirea rezistenței la coroziune a aliajelor de aluminiu, multe studii au fost efectuate. S -a constatat că adăugarea unei cantități adecvate de pământ rar la aliajele de aluminiu poate îmbunătăți eficient rezistența lor la coroziune. Probele făcute prin adăugarea de cantități diferite de pământ rar mixt (0,1%~ 0,5%) la aluminiu au fost înmuiate în saramură și apă de mare artificială timp de trei ani consecutivi. Rezultatele arată că adăugarea unei cantități mici de pământuri rare la aluminiu poate îmbunătăți rezistența la coroziune a aluminiului, iar rezistența la coroziune în saramură și apa de mare artificială este de 24% și cu 32% mai mare decât cea a aluminiului, respectiv; folosind metoda de vapori chimici și adăugarea rară a pământului de conversie multi-componentă (LA, CE, etc.), un strat de rară de conversie a pământului, care poate fi format pe suprafața 202 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 widely used ca materiale aerospațiale.
◆ ◆ Tehnologia de pregătire a aliajului de aluminiu al pământului rar ◆ ◆ ◆
Pământul rar este adăugat mai ales sub formă de urme în aliaje de aluminiu și alte aliaje. Pământul rar are o activitate chimică ridicată, punct de topire ridicat și este ușor de oxidat și ars la temperaturi ridicate. Acest lucru a provocat anumite dificultăți în prepararea și aplicarea aliajelor rare de aluminiu de pământ. În cercetarea experimentală pe termen lung, oamenii continuă să exploreze metodele de preparare a aliajelor de aluminiu rar de pământ. În prezent, principalele metode de producție pentru prepararea aliajelor rare de aluminiu de pământ sunt metoda de amestecare, metoda de electroliză de sare topită și metoda de reducere a aluminotermei.
01 Metoda de amestecare
Metoda de topire mixtă este de a adăuga un pământ rar sau de metal rar mixt în lichid de aluminiu la temperatură ridicată proporțional pentru a face aliaj principal sau aliaj de aplicare, apoi topiți aliajul principal și aluminiul rămas în funcție de indemnizația calculată împreună, se agită complet și se perfecționează.
02 Electroliză
Metoda de electroliză de sare topită este de a adăuga oxid de pământ rar sau sare rară de pământ în celula electrolitică din aluminiu industrial și electrolitică cu oxid de aluminiu pentru a produce aliaj de aluminiu de aluminiu rar. În general, există două moduri, și anume, metoda catodului lichid și metoda electrolitică eutectoid. În prezent, s -a dezvoltat că compușii rari de pământ pot fi adăugați direct la celulele electrolitice din aluminiu industrial, iar aliajele rare de aluminiu de aluminiu pot fi produse prin electroliza topiturilor de clorură prin metoda eutectoidă.
03 Metoda de reducere a aluminotermică
Deoarece aluminiul are o capacitate puternică de reducere, iar aluminiul poate forma o varietate de compuși intermetalici cu pământul rar, aluminiul poate fi utilizat ca agent de reducere pentru a pregăti aliaje de aluminiu de pământ rare.
RE2O3+ 6Al → 2Real2+ Al2O3
Printre ele, oxidul de pământ rar sau zgura rară bogată în pământ pot fi utilizate ca materii prime rare de pământ; agentul de reducere poate fi aluminiu pur industrial sau aluminiu de siliciu; temperatura de reducere este de 1400 ℃ ~ 1600 ℃. În stadiul incipient, acesta a fost efectuat sub condiția existenței agentului de încălzire și a fluxului, iar temperatura ridicată de reducere ar cauza multe probleme; în ultimul an, cercetătorii au dezvoltat o metodă de alum de reducție ridicată. La o temperatură mai scăzută (780 ℃), reacția de reducere aluminotermică este finalizată în sistemul de fluor de sodiu și clorură de sodiu, ceea ce evită problemele cauzate de temperatura ridicată inițială.
◆ ◆ Progresul aplicației din aliaj de aluminiu al pământului rar ◆ ◆ ◆
01 Aplicarea aliajului rar de aluminiu de pământ în industria energiei electrice
Datorită avantajelor unei conductibilitate bună, a capacității mari de transport curente, a rezistenței ridicate, a rezistenței la uzură, a procesării ușoare și a duratei de viață lungă, aliajul rar de aluminiu de pământ poate fi utilizat pentru fabricarea cablurilor, liniile de transmisie aeriană, miezurile de sârmă, firele de diapozitive și firele subțiri pentru scopuri speciale. conținut, care are un impact mai mare asupra proprietăților electrice. Adăugarea unei cantități adecvate de pământ rar poate îmbunătăți morfologia și distribuția existentă a siliconului în aliaj, ceea ce poate îmbunătăți eficient proprietățile electrice ale aluminiului; adăugarea unei cantități mici de sârmă de aliaj de aluminiu rezistent la nivel de yttrium sau nu numai că poate menține o performanță bună la temperatură ridicată, ci și să îmbunătățească conductivitatea; Sistem de aliaje. Cablurile și conductoarele din aliaj de aluminiu de pământ rar pot crește intervalul turnului de cablu și pot prelungi durata de viață a cablurilor.
02Aplicarea aliajului rar de aluminiu de pământ în industria construcțiilor
6063 aliaj de aluminiu este cel mai utilizat în industria construcțiilor. Adăugarea 0,15% ~ 0,25% Pământul rar poate îmbunătăți semnificativ structura ca turnată și structura de procesare și poate îmbunătăți performanța de extrudare, efectul de tratare termică, proprietățile mecanice, rezistența la coroziune, performanța tratamentului de suprafață și tonul culorii. Se constată că pământul rar este distribuit în principal în 6063 alloya de aluminiu-alloyα-al, neutralizează neutralizează în graniță, în graniță sau interdendrin compuși pentru rafinarea structurii dendritei și a boabelor, astfel încât dimensiunea eutecticii nedizolvate și dimensiunea dimpenei în zona de scădere să devină semnificativ mai mică, distribuția este uniformă, iar densitatea crește, astfel încât diferitele proprietăți ale aliajului să fie îmbunătățite până la grade variate. De exemplu, puterea profilului este crescută cu mai mult de 20%, alungirea este crescută cu 50%, iar rata de coroziune este redusă cu mai mult de două ori, grosimea filmului de oxid crește cu 5%~ 8%, iar proprietatea de colorat crește pe scară largă.
03Aplicarea aliajului rar de aluminiu de pământ în produsele zilnice
Adding trace rare earth to pure aluminum and Al Mg series aluminum alloys for daily use aluminum products can significantly improve the mechanical properties, deep drawing property and corrosion resistance.The daily necessities such as aluminum pots, aluminum pans, aluminum plates, aluminum lunch boxes, aluminum furniture supports, aluminum bicycles, and home appliance parts made of Al Mg RE alloy au mai mult de două ori rezistența la coroziune, 10% ~ 15% reducere în greutate, 10% ~ 20% randament, 10% ~ 15% reducere a costului producției și o mai bună performanță profundă de procesare și de procesare profundă în comparație cu produsele din aliaj de aluminiu fără pământ rar. La prezent, necesitățile zilnice ale rarelor aliajului de aluminiu au fost utilizate pe scară largă, iar produsele au crescut semnificativ și sunt vândute bine în marcaje domestice și străine.
04 Aplicarea aliajului rar de aluminiu de pământ în alte aspecte
Adăugarea a câteva mii de pământ rar în cel mai utilizat aliaj de turnare din seria Al Si poate îmbunătăți semnificativ performanțele de prelucrare a aliajului. Multe mărci de produse au fost utilizate în aeronave, nave, automobile, motoare diesel, motociclete și vehicule blindate (piston, cutie de viteze, cilindru, instrumentare și alte părți). În cercetarea și aplicarea, se constată că SC este cel mai eficient element pentru a optimiza structura și proprietățile aliajelor de aluminiu. Are o consolidare puternică a dispersiei, întărirea rafinării cerealelor, întărirea soluției și efectele de întărire a microaliajelor asupra aluminiului și poate îmbunătăți rezistența, duritatea, plasticitatea, duritatea, rezistența la coroziune, rezistența la căldură, etc. al aliajelor din seria aliajului AL, au fost utilizate în industrii de înaltă tech de NASA are o rezistență ridicată și la temperatură ridicată și la temperatură scăzută și a fost aplicată pe fuselajul aeronavei și piese structurale ale aeronavelor; aliajul 0146al Cu Li SC dezvoltat de Rusia a fost aplicat rezervorului de combustibil criogen al navei spațiale.
Din volumul 33, numărul 1 al Pământului rar de Wang Hui, Yang An și Yun Qi
Timpul post: 05-2023 iulie