Примена одретке земљеу ливењу легуре алуминијума вршено је раније у иностранству. Иако је Кина започела истраживање и примену овог аспекта тек шездесетих година прошлог века, он се брзо развијао. Урађено је доста посла од истраживања механизама до практичне примене и постигнута су нека достигнућа. Додатком реткоземних елемената, механичка својства, својства ливења и електрична својства легура алуминијума су значајно побољшана. У области нови материјали, богата оптичка, електрична и магнетна својства реткоземних елемената такође играју важну улогу у изради ретких земних трајних магнетних материјала, ретких земљаних материјала који емитују светлост, материјала за складиштење водоника ретких земаља итд.
◆ ◆ Механизам деловања ретке земље у алуминијуму и легури алуминијума ◆ ◆
Ретке земље имају високу хемијску активност, низак потенцијал и посебан распоред електронских слојева и могу да комуницирају са скоро свим елементима. Ретке земље које се обично користе у алуминијуму и легурама алуминијума укључују Ла (лантан), Це (церијум), И (итријум) и Сц (скандијум). Често се додају у алуминијумску течност са модификаторима, агенсима за нуклеацију и дегазационим агенсима, који могу да пречисте растоп, побољшају структуру, рафинишу зрно итд.
01Пречишћавање ретке земље
Како ће током топљења и ливења легуре алуминијума бити унета велика количина гасних и оксидних инклузија (углавном водоника, кисеоника и азота), у ливењу ће се појавити рупице, пукотине, инклузије и други дефекти (види слику 1а), смањујући јачина легуре алуминијума. Ефекат пречишћавања ретке земље се углавном манифестује у очигледном смањењу садржаја водоника у растопљеном алуминијуму, смањење брзине отвора и порозности (видети слику 1б), и смањење инклузија и штетних елемената. Главни разлог је тај што ретка земља има велики афинитет са водоником, који може да апсорбује и раствори водоник у великим количинама и формира стабилна једињења без формирајући мехуриће, чиме се значајно смањује садржај водоника и порозност алуминијума; Ретке земље и азот формирају ватростална једињења која се углавном уклањају у облик шљаке у процесу топљења, како би се постигла сврха пречишћавања алуминијумске течности.
Пракса је доказала да ретке земље утичу на смањење садржаја водоника, кисеоника и сумпора у алуминијуму и легурама алуминијума. Додавање 0,1%~0,3% РЕ у алуминијумску течност помаже да се боље уклоне штетне нечистоће, рафинишу нечистоће или промени њихова морфологија, како би се рафинисала и равномерно распоредила зрна; Поред тога, РЕ и штетне нечистоће са ниском тачком топљења формирају бинарна једињења као што су РЕС, РЕАс и РЕПб, које карактерише висока тачка топљења, ниска густина и стабилне хемијске особине, и могу се лебдети да би се формирала шљака и уклонила, чиме се пречишћава алуминијумска течност; Преостале фине честице постају хетерогена језгра алуминијума ради рафинисања зрна.
Слика 1 Морфологија СЕМ легуре 7075 без РЕ и в (РЕ)=0,3%
а. РЕ се не додаје; б. Додај в (РЕ)=0,3%
02Метаморфизам ретке земље
Модификација ретке земље се углавном манифестује у рафинирању зрна и дендрита, инхибирајући појаву грубе ламеларне Т2 фазе, елиминишући грубу масивну фазу распоређену у примарном кристалу и формирајући сферичну фазу, тако да су једињења трака и фрагмената на граници зрна значајно смањена. (види слику 2). Генерално, радијус атома ретке земље је већи од полупречника атома алуминијума, а његова својства су релативно активан. Топљење у алуминијумској течности је веома лако попунити површинске дефекте легиране фазе, што смањује површински напон на интерфејсу између нове и старе фазе и побољшава брзину раста кристалног језгра; Истовремено, може формирати и површину активни филм између зрна и растопљене течности како би се спречио раст генерисаних зрна и побољшала структура легуре (видети слику 2б).
Слика 2 Микроструктура легура са различитим додатком РЕ
а. РЕ доза је 0; б. Додатак РЕ је 0,3%; ц. Додатак РЕ је 0,7%
Након додавања реткоземних елеменатаαЗрна (Ал) фазе су почела да се смањују, што је играло улогу у пречишћавању зрна α(Ал) трансформисаних у облик мале руже или штапића, када је садржај ретке земље 0,3%αВеличина зрна (Ал ) фаза је најмања и постепено се повећава са даљим повећањем садржаја ретких земаља. Експерименти су доказали да постоји одређени период инкубације за метаморфизам ретке земље, и то само када ако се држи на високој температури током одређеног временског периода, ретка земља ће играти највећу улогу у метаморфизму. Поред тога, број кристалних језгара једињења формираних од алуминијума и ретке земље веома се повећава када метал кристалише, што такође чини структуру легуре префињеном. Истраживање показује да ретке земље имају добар модификациони ефекат на легуру алуминијума.
03 Ефекат микролегирања ретких земаља
Ретка земља углавном постоји у алуминијуму и легурама алуминијума у три облика: чврсти раствор у матрици α(Ал); Сегрегација на граници фазе, граници зрна и граници дендрита; Чврсти раствор у или у облику једињења. Ефекти јачања ретке земље у легуре алуминијума углавном укључују ојачање рафинирањем зрна, ојачање коначним раствором и ојачање друге фазе једињења ретких земаља.
Облик постојања ретких земаља у алуминијуму и легури алуминијума је уско повезан са његовом количином додавања. Генерално, када је садржај РЕ мањи од 0,1%, улога РЕ је углавном ојачавање финих зрна и ојачавање коначних раствора; Када је садржај РЕ 0,25% ~ 0,30%, РЕ и Ал формирају велики број сферичних или кратких шипки попут интерметалних једињења , који су распоређени у граници зрна или зрна, а појављује се велики број дислокација, финих зрнастих сфероидизованих структура и диспергованих једињења ретких земаља, што ће произвести ефекте микро легирања као што је ојачање друге фазе.
◆ ◆ Утицај ретких земаља на својства алуминијума и легура алуминијума ◆◆
01 Утицај ретких земаља на свеобухватна механичка својства легуре
Чврстоћа, тврдоћа, истезање, жилавост на ломљење, отпорност на хабање и друга свеобухватна механичка својства легуре могу се побољшати додавањем одговарајуће количине ретких земаља. 0,3% РЕ се додаје легури ливеног алуминијума серије ЗЛ10σbод 205,9 МПа до 274 МПа, и ХБ од 80 до 108; Додавање 0,42% Сц легури 7005σbповећан са 314МПа на 414МПа,σ0.2повећан са 282МПа на 378МПа, пластичност се повећала са 6,8% на 10,1%, а стабилност на високим температурама је значајно побољшана; Ла и Це могу значајно побољшати суперпластичност легуре. Додавање 0,14%~0,64% Ла легури Ал-6Мг-0,5Мн повећава суперпластичност са 430% на 800%~1000%; Систематска студија легуре Ал Си показује да јачина течења и крајња затезна чврстоћа легуре могу бити у великој мери побољшано додавањем одговарајуће количине Сц.Сл. Слика 3 приказује СЕМ изглед затезног лома Ал-Си7-Мг0.8легуре, што указује да се ради о типичном ломљивом лому цепања без РЕ, док се након додавања 0,3% РЕ појављује очигледна структура удубљења у лому, што указује да има добру жилавост и дуктилност.
Слика 3 Морфологија затезног лома
а. Није придружен РЕ;б. Додајте 0,3% РЕ
02Утицај ретке земље на својства легура при високим температурама
Додавање одређене количинеретке земљеу алуминијумску легуру може ефикасно побољшати отпорност легуре алуминијума на оксидацију при високим температурама. Додавање 1% ~ 1,5% мешане ретке земље у ливену Ал Си еутектичку легуру повећава чврстоћу на високим температурама за 33%, чврстоћу на кидање при високим температурама (300 ℃, 1000 сати) за 44%, а отпорност на хабање и стабилност на високим температурама су значајно побољшане; Додавање Ла, Це, И и мишметал за ливење Ал Цу легура могу побољшати својства легура на високим температурама; Брзо очврснута легура Ал-8,4% Фе-3,4% Це може дуго времена да ради испод 400 ℃, значајно побољшавајући радну температуру легура алуминијума; Сц се додаје легури Ал Мг Си да би се формирао Ал3Сц честице које није лако грубо на високој температури и кохерентне су са матрицом да би закачиле границу зрна, тако да легура одржава некристализовану структуру током жарења и у великој мери побољшава својства легуре при високим температурама.
03 Утицај ретке земље на оптичка својства легура
Додавање ретке земље у легуру алуминијума може променити структуру њеног површинског оксидног филма, чинећи површину светлијом и лепшом. Када се легури алуминијума дода 0,12%~0,25% РЕ, рефлективност оксидованог и обојеног профила 6063 је до 92%; Када се 0,1%~0,3% РЕ дода Ал Мг ливеној алуминијумској легури, легура може да добије најбоља завршна обрада површине и трајност сјаја.
04 Утицај ретке земље на електрична својства легура
Додавање РЕ алуминијуму високе чистоће је штетно за проводљивост легуре, али се проводљивост може донекле побољшати додавањем одговарајућег РЕ у индустријски чист алуминијум и проводне легуре Ал Мг Си. Експериментални резултати показују да је проводљивост алуминијума може се побољшати за 2%~3% додавањем 0,2% РЕ. Додавање мале количине ретке земље богате итријумом у Ал Зр легуру може побољшати проводљивост легуре, коју је усвојила већина домаћих фабрика жице; Додајте трагове ретких земаља алуминијуму високе чистоће да бисте направили Ал РЕ кондензатор од фолије. Када се користи у производима од 25кВ, индекс капацитивности се удвостручује, капацитет по јединици запремине се повећава за 5 пута, тежина се смањује за 47%, а запремина кондензатора је значајно смањена.
05Утицај ретке земље на отпорност легуре на корозију
У неким радним срединама, посебно у присуству хлоридних јона, легуре су подложне корозији, корозији у пукотинама, корозији под напоном и корозивном замору. У циљу побољшања отпорности легура алуминијума на корозију, спроведене су многе студије. Утврђено је да додавање одговарајуће количине ретких земаља у легуре алуминијума може ефикасно да побољша њихову отпорност на корозију. Узорци направљени додавањем различитих количина мешаних ретких земаља (0,1%~0,5%) у алуминијум су натопљени у слани раствор и вештачком морском водом три узастопна године. Резултати показују да додавање мале количине ретких земаља алуминијуму може побољшати отпорност на корозију алуминијума, а отпорност на корозију у сланој води и вештачкој морској води је 24% и 32% већа од оне алуминијума, респективно; Коришћење методе хемијске паре и додавање Вишекомпонентни пенетрант ретке земље (Ла, Це, итд.), слој филма за конверзију ретких земаља може се формирати на површини 2024. легуре, чинећи потенцијал површинске електроде легуре алуминијума уједначеним и побољшавајући отпорност на интергрануларну корозију и корозију напрезања; Додавање Ла алуминијумској легури са високим садржајем Мг може значајно побољшати способност легуре против морске корозије; Додавање 1,5% ~ 2,5 % Нд према легурама алуминијума може побољшати перформансе на високим температурама, непропусност ваздуха и отпорност на корозију легуре, које се широко користе као ваздухопловни материјали.
◆ ◆ Технологија припреме легуре алуминијума ретких земаља ◆ ◆
Ретке земље се углавном додају у облику елемената у траговима у легурама алуминијума и другим легурама. Ретка земља има високу хемијску активност, високу тачку топљења и лако се оксидира и спаљује на високим температурама. Ово је изазвало одређене потешкоће у припреми и примени легура алуминијума ретких земаља. У дугогодишњим експерименталним истраживањима људи настављају да истражују методе припреме легура ретких земних алуминијума. Тренутно су главне производне методе за припрему легура ретких земаља су метода мешања, метода електролизе растопљене соли и метода алуминотермне редукције.
01 Метода мешања
Мешовита метода топљења је додавање ретких или мешаних метала ретких земних метала у алуминијумску течност на високој температури у пропорцији да би се направила матична легура или легура за наношење, а затим топљење матичне легуре и преосталог алуминијума према израчунатом додатку заједно, потпуно промешати и рафинирати .
02 Електролиза
Метода електролизе растопљене соли је додавање оксида ретке земље или соли ретких земаља у индустријску алуминијумску електролитичку ћелију и електролиза са алуминијум оксидом да би се произвела легура алуминијума ретких земаља. Метода електролизе растопљене соли се релативно брзо развила у Кини. Генерално, постоје два начина, односно метода течне катоде и електролитичка еутектоидна метода. Тренутно је развијено да се једињења ретких земаља могу директно додавати у индустријске алуминијумске електролитичке ћелије, а легуре алуминијума ретких земаља могу се производити електролизом хлоридних талина еутектоидном методом.
03 Метода алуминотермне редукције
Пошто алуминијум има јаку редукциону способност, а алуминијум може да формира различита интерметална једињења са ретким земљом, алуминијум се може користити као редукционо средство за припрему легура алуминијума ретких земаља. Главне хемијске реакције су приказане у следећој формули:
RE2O3+ 6Ал→2РЕАл2+ Ал2O3
Међу њима, оксид ретких земаља или шљака богата ретким земљом могу се користити као сировине ретких земаља; Редукциони агенс може бити индустријски чисти алуминијум или силицијум алуминијум; Температура редукције је 1400 ℃ ~ 1600 ℃. У раној фази је ношен под условом постојања грејног агенса и флукса, а висока температура редукције би изазвала многе проблеме; Последњих година истраживачи су развили нови метода алуминотермне редукције. На нижој температури (780 ℃), реакција алуминотермне редукције се завршава у систему натријум флуорида и натријум хлорида, чиме се избегавају проблеми изазвани оригиналном високом температуром.
◆ ◆ Напредак примене легуре алуминијума ретких земаља ◆ ◆
01 Примена легуре алуминијума ретких земаља у електропривреди
Због предности добре проводљивости, великог капацитета носивости струје, високе чврстоће, отпорности на хабање, једноставне обраде и дугог века трајања, легура алуминијума ретких земаља може се користити за производњу каблова, надземних далековода, жичаних језгара, клизних жица и танких жица за посебне намене. Додавање мале количине РЕ у систем легуре Ал Си може побољшати проводљивост, а то је зато што је силицијум у легури алуминијума елемент нечистоће са високим садржај, који има већи утицај на електрична својства. Додавање одговарајуће количине ретких земаља може побољшати постојећу морфологију и дистрибуцију силицијума у легури, што може ефикасно побољшати електрична својства алуминијума; Додавање мале количине итријума или мешане ретке земље богате итријумом у жицу од алуминијумске легуре отпорне на топлоту не само да може одржати добре перформансе при високим температурама, већ и побољшати проводљивост; Ретке земље могу побољшати затезну чврстоћу, отпорност на топлоту и отпорност на корозију систем од легуре алуминијума. Каблови и проводници направљени од легуре алуминијума ретких земаља могу повећати распон кабловског стуба и продужити век трајања каблова.
02Примена легуре алуминијума ретких земаља у грађевинарству
6063 легура алуминијума је најшире коришћена у грађевинској индустрији. Додавање 0,15% ~ 0,25% ретке земље може значајно побољшати ливену структуру и структуру обраде и може побољшати перформансе екструзије, ефекат топлотне обраде, механичка својства, отпорност на корозију, перформансе површинске обраде и тон боје. Утврђено је да је ретка земља углавном дистрибуиран у легури алуминијума 6063 α-Ал неутралише фазну границу, границу зрна и интердендритичне, и они су растворени у једињењима или постоје у облику једињења за оплемењивање структуре и зрна дендрита, тако да величина нераствореног еутектика и величина удубљења у подручју удубљења постају значајно мање, расподела је уједначена, а густина се повећава, тако да различита својства легуре су побољшане у различитом степену. На пример, јачина профила се повећава за више од 20%, издужење се повећава за 50%, а стопа корозије се смањује за више од два пута, дебљина оксидног филма се повећава за 5% ~ 8%, и својства бојења се повећавају за око 3%. Због тога се профили од легуре РЕ-6063 широко користе.
03Примена легуре алуминијума ретких земаља у свакодневним производима
Додавање трагова ретке земље чистом алуминијуму и алуминијумским легурама серије Ал Мг за свакодневну употребу алуминијумских производа може значајно побољшати механичка својства, својство дубоког извлачења и отпорност на корозију. Свакодневне потрепштине као што су алуминијумске посуде, алуминијумске тигање, алуминијумске плоче, алуминијумске кутије за ручак, алуминијумски носачи намештаја, алуминијумски бицикли и делови кућних апарата направљени од легуре Ал Мг РЕ имају више него двоструко отпорност на корозију, 10%~15% смањење тежине, 10%~20% повећање приноса, 10%~15% смањење трошкова производње и боље перформансе дубоког извлачења и дубоке обраде у поређењу са производима од легуре алуминијума без ретких земаља. потрепштине од легуре алуминијума ретких земаља су у широкој употреби, а производи су значајно порасли и добро се продају на домаћем и иностраном тржишту.
04 Примена легуре алуминијума ретких земаља у другим аспектима
Додавање неколико хиљадитих делова ретке земље у најшире коришћену легуру за ливење Ал Си серије може значајно побољшати перформансе обраде легуре. Многи брендови производа су коришћени у авионима, бродовима, аутомобилима, дизел моторима, мотоциклима и оклопним возилима (клип, мењач, цилиндар, инструментација и други делови). У истраживању и примени, утврђено је да је Сц најефикаснији елемент за оптимизовати структуру и својства легура алуминијума. Има снажно ојачање дисперзије, ојачање префињености зрна, јачање раствора и ефекте ојачања микролегура на алуминијуму, и може побољшати чврстоћу, тврдоћу, пластичност, жилавост, отпорност на корозију, отпорност на топлоту итд. легуре. Легуре Сц Ал серије су коришћене у високотехнолошке индустрије као што су ваздухопловство, бродови, брзи возови, лака возила, итд.Ц557Ал Мг Зр Сц Серија легура скандијум алуминијума коју је развила НАСА има високу чврстоћу и стабилност на високим температурама и ниским температурама и примењена је на труп авиона и структурне делове авиона; легура 0146Ал Цу Ли Сц коју је развила Русија примењена је на криогени резервоар за гориво свемирских летелица.
Од 33. свеске, број 1 књиге Ретка земља од Ванг Хуија, Јанг Ан и Јун Чи
Време поста: Јул-05-2023