Aplikasi tinabumi jarangdina casting alloy aluminium ieu dilumangsungkeun saméméhna mancanagara. Sanajan Cina ngamimitian panalungtikan sarta aplikasi tina aspék ieu ukur dina 1960s, éta geus ngembangkeun gancang. A loba karya geus dipigawé ti panalungtikan mékanisme pikeun aplikasi praktis, sarta sababaraha prestasi geus dijieun. Jeung tambahan unsur bumi jarang, sipat mékanis, sipat casting jeung sipat listrik tina alloy aluminium geus greatly ningkat. bahan anyar, sipat optik euyeub, listrik jeung magnét unsur bumi jarang ogé maénkeun peran penting dina nyieun jarang bumi bahan magnét permanén, bahan jarang-emitting cahaya bumi, bahan gudang hidrogén bumi jarang, jsb.
◆ ◆ mékanisme Peta bumi jarang dina aluminium sarta alloy aluminium ◆ ◆
Rare earth mibanda aktivitas kimiawi anu luhur, poténsi low sarta susunan lapisan éléktron husus, sarta bisa berinteraksi jeung ampir kabéh elemen.Rare earths ilahar dipaké dina aluminium sarta alloy aluminium kaasup La (lantana), Ce (cerium), Y (yttrium) jeung Sc (skandium). Aranjeunna mindeng ditambahkeun kana cair aluminium kalawan modifiers, agén nucleating sarta agén degassing, nu bisa purify ngalembereh, ngaronjatkeun struktur, nyaring gandum, jsb.
01Purifikasi tina taneuh jarang
Salaku jumlah badag inclusions gas jeung oksida (utamana hidrogén, oksigén jeung nitrogén) bakal dibawa dina mangsa lebur jeung casting alloy aluminium, pinholes, retakan, inclusions jeung defects séjén bakal lumangsung dina casting nu (tingali Gambar 1a), ngurangan. kakuatan alloy aluminium. Pangaruh purifikasi bumi jarang utamana manifested dina réduksi atra eusi hidrogén dina aluminium molten, ngurangan laju pinhole na porosity (tingali Gambar 1b), sarta ngurangan inclusions sarta elemen ngabahayakeun. Alesan utama nyaéta yén bumi jarang boga pangirut badag kalawan hidrogén, nu bisa nyerep tur ngaleyurkeun hidrogén dina jumlah badag sarta ngabentuk sanyawa stabil tanpa ngabentuk gelembung, sahingga nyata ngurangan eusi hidrogén. sarta porosity aluminium; Langka bumi jeung nitrogén ngabentuk sanyawa refractory, nu lolobana dipiceun dina bentuk slag dina prosés smelting, ku kituna pikeun ngahontal tujuan ngamurnikeun cairan aluminium.
Prakték parantos ngabuktikeun yén bumi jarang gaduh pangaruh ngirangan eusi hidrogén, oksigén sareng walirang dina paduan aluminium sareng alumunium. Nambahkeun 0,1% ~ 0,3% RE dina cairan aluminium mantuan pikeun ngaleungitkeun kokotor ngabahayakeun, ngamurnikeun pangotor atawa ngarobah morfologi maranéhanana, ku kituna pikeun nyaring jeung merata ngadistribusikaeun séréal; RES, REAs, jeung REPb, nu dicirikeun ku titik lebur tinggi, dénsitas low, jeung sipat kimia stabil, sarta bisa ngambang nepi ka ngabentuk slag jeung dipiceun, sahingga ngamurnikeun cairan aluminium; Sésana partikel rupa jadi inti hétérogén aluminium pikeun nyaring séréal.
Gbr 1 SEM Morphology of 7075 Alloy tanpa RE jeung w (RE) = 0.3%
a. RE teu ditambahkeun;b. Tambahkeun w (RE) = 0,3%
02Metamorphism of rare earth
Modifikasi jarang bumi utamana diwujudkeun dina pemurnian séréal jeung dendrites, inhibiting penampilan lamellar fase T2 kasar, ngaleungitkeun fase masif kasar disebarkeun dina kristal primér sarta ngabentuk fase buleud, ku kituna strip jeung sanyawa sempalan dina wates sisikian anu nyata ngurangan. (tingali Gambar 2).Sacara umum, radius atom bumi jarang leuwih badag batan atom aluminium, sarta sipatna. anu kawilang aktip. Lebur dina cair aluminium gampang pisan ngeusian defects permukaan fase alloy, nu ngurangan tegangan permukaan dina panganteur antara fase anyar jeung heubeul, sarta ngaronjatkeun laju tumuwuhna inti kristal; Dina waktu nu sarua, éta ogé bisa ngabentuk permukaan. pilem aktif antara séréal jeung cair molten pikeun nyegah tumuwuhna séréal dihasilkeun sarta nyaring struktur alloy (tingali Gambar 2b).
Gbr. 2 Mikrostruktur tina alloy kalawan tambahan RE béda
a. Dosis RE nyaéta 0;b. Tambahan RE nyaéta 0,3%;c. Tambahan RE nyaéta 0,7%
Sanggeus nambahkeun unsur tanah jarangαBiji-bijian fase (Al) mimiti jadi leuwih leutik, anu maénkeun peran dina ngamurnikeun biji-bijianα(Al) ngajanggélék jadi mawar leutik atawa bentuk batang, nalika eusi taneuh jarang nyaéta 0,3%α Ukuran butir (Al). ) fase nyaéta nu pangleutikna, sarta laun-laun naek jeung nambahanana eusi taneuh jarang. Ékspérimén geus ngabuktikeun yén aya periode inkubasi nu tangtu pikeun métamorfisme bumi jarang, sarta ngan lamun eta diteundeun dina suhu luhur pikeun kurun waktu nu tangtu, bumi jarang bakal maénkeun peran pangbadagna dina métamorfisme. refined.Panalungtikan nunjukeun yen bumi jarang boga pangaruh modifikasi alus dina alloy aluminium.
03 Pangaruh microalloying tina taneuh jarang
Rare earth utamana aya dina alloy aluminium sarta aluminium dina tilu bentuk: solusi padet dina matrixα(Al);Segregation dina wates fase, wates sisikian jeung wates dendrite;Solusi padet dina atawa dina bentuk sanyawa. alloy aluminium utamana ngawengku strengthening sisikian refinement, strengthening solusi terhingga jeung fase kadua strengthening sanyawa bumi jarang.
Bentuk ayana taneuh jarang dina aluminium sarta alloy aluminium raket patalina jeung jumlah tambahan na. Sacara umum, nalika eusi RE kirang ti 0.1%, peran RE utamana strengthening sisikian rupa jeung strengthening solusi terhingga; Lamun eusi RE nyaeta 0.25% ~ 0.30%, RE jeung Al ngabentuk angka nu gede ngarupakeun rod buleud atawa pondok kawas sanyawa intermetallic. , anu disebarkeun dina wates sisikian atanapi sisikian, sareng sajumlah ageung dislokasi, struktur spheroidized gandum halus sareng bumi jarang sumebar. sanyawa muncul, nu bakal ngahasilkeun épék alloying mikro kayaning strengthening fase kadua.
◆ ◆ Pangaruh bumi jarang dina sipat aluminium sarta alloy aluminium ◆◆
01 Pangaruh taneuh jarang dina sipat mékanis komprehensif alloy
Kakuatan, teu karasa, elongation, kateguhan narekahan, résistansi maké jeung sipat mékanis komprehensif séjén tina alloy bisa ningkat ku nambahkeun jumlah luyu jarang earth.0.3% RE ditambahkeun kana tuang aluminium ZL10 runtuyan alloyσ.bti 205,9 MPa ka 274 MPa, jeung HB ti 80 nepi ka 108; Nambahan 0,42% Sc kana 7005 alloyσbngaronjat tina 314MPa jadi 414MPa,σ0.2ngaronjat tina 282MPa mun 378MPa, plasticity ngaronjat tina 6,8% ka 10,1%, sarta stabilitas suhu luhur ieu nyata ditingkatkeun; La na Ce bisa nyata ngaronjatkeun superplasticity tina alloy nu. Nambahkeun 0.14% ~ 0.64% La ka alloy Al-6Mg-0.5Mn ngaronjatkeun superplasticity tina 430% ka 800% ~ 1000%; Hiji studi sistematis alloy Al Si nunjukeun yen kakuatan ngahasilkeun jeung kakuatan tensile pamungkas tina alloy bisa greatly. ningkat ku nambahkeun jumlah luyu Sc.Fig. 3 nembongkeun SEM penampilan narekahan tensile of Al-Si7-Mg0.8alloy, nu nunjukkeun yén éta téh mangrupa narekahan meulah rapuh has tanpa RE, bari sanggeus 0,3% RE ditambahkeun, struktur dimple atra némbongan dina narekahan, nu nunjukkeun yén éta boga kateguhan alus tur ductility.
Gbr. 3 Morfologi narekahan Tensile
a. Teu ngagabung RE;b. Tambahkeun 0,3% RE
02Pangaruh Bumi Langka dina Pasipatan Suhu Tinggi tina Alloy
Nambahkeun jumlah nu tangtubumi jarangkana alloy aluminium éféktif bisa ningkatkeun résistansi oksidasi-suhu luhur alloy aluminium.Adding 1% ~ 1.5% dicampur bumi jarang ka matak Al Si eutectic alloy ngaronjatkeun kakuatan suhu luhur ku 33%, kakuatan beubeulahan suhu luhur (300 ℃, 1000 jam) ku 44%, sareng résistansi ngagem sareng stabilitas suhu luhur ningkat sacara signifikan; Nambahkeun La, Ce, Y sareng mischmetal pikeun tuang alloy Al Cu tiasa ningkatkeun. sipat-suhu luhur tina alloy; Al-8.4% Fe-3.4% Ce alloy gancang solidified tiasa dianggo pikeun lila di handap 400 ℃, greatly ngaronjatkeun suhu gawé tina alloy aluminium; Sc ditambahkeun kana alloy Al Mg Si. ngabentuk Al3Partikel sc anu henteu gampang coarsen dina suhu anu luhur sareng koheren sareng matriks pikeun pin wates sisikian, supados alloy ngajaga struktur anu teu dicrystallized nalika annealing, sareng ningkatkeun pisan sipat suhu luhur alloy.
03 Pangaruh Bumi Langka dina Pasipatan Optik Paduan
Nambahkeun bumi jarang kana alloy aluminium bisa ngarobah struktur pilem oksida permukaan na, nyieun beungeut leuwih caang jeung beautiful.When 0.12% ~ 0.25% RE ditambahkeun kana alloy aluminium, reflectivity tina propil 6063 dioksidasi jeung berwarna nepi ka 92%; Lamun 0.1% ~ 0.3% RE ditambahkeun kana Al Mg tuang alloy aluminium, alloy nu bisa ménta finish permukaan pangalusna sarta durability gloss.
04 Pangaruh Bumi Langka dina Pasipatan Eléktro Paduan
Nambahkeun RE kana aluminium-purity tinggi ngabahayakeun kana konduktivitas alloy, tapi konduktivitas nu bisa ningkat ka extent tangtu ku nambahkeun RE luyu jeung alumunium murni industri jeung Al Mg Si conductive alloy.Hasil eksperimen némbongkeun yén konduktivitas aluminium. bisa ningkat ku 2% ~ 3% ku nambahkeun 0.2% RE.Adding jumlah leutik yttrium euyeub bumi langka kana alloy Al Zr bisa ngaronjatkeun konduktivitas alloy, nu geus diadopsi ku lolobana pabrik kawat domestik;Tambahkeun renik bumi jarang ka aluminium-purity tinggi sangkan Al RE foil kapasitor. Nalika dianggo dina produk 25kV, indéks kapasitansi dua kali, kapasitas per unit volume ningkat ku 5 kali, beuratna diréduksi ku 47%, sareng volume kapasitor dikirangan sacara signifikan.
05Pangaruh Bumi Langka dina Résistansi Korosi Alloy
Dina sababaraha lingkungan jasa, utamana dina ayana ion klorida, alloy rentan ka korosi, korosi crevice, korosi stress jeung fatigue korosi. Dina raraga ngaronjatkeun daya tahan korosi tina alloy aluminium, loba studi geus dilaksanakeun. Hal ieu kapanggih yén nambahkeun jumlah luyu taneuh jarang ka alloy aluminium bisa éféktif ningkatkeun resistance ka korosi maranéhanana. Sampel dijieun ku nambahkeun jumlah béda campuran earths jarang (0.1% ~ 0.5%) kana aluminium anu soaked dina brine na seawater jieunan salila tilu padeukeut. taun. Hasilna nunjukkeun yén nambahkeun sajumlah leutik taneuh jarang ka aluminium bisa ningkatkeun résistansi korosi aluminium, sarta lalawanan korosi dina brine jeung cai laut jieunan nyaéta 24% jeung 32% leuwih luhur ti aluminium, masing-masing; Ngagunakeun métode uap kimiawi jeung nambahkeun. jarang bumi multi-komponén penetrant (La, Ce, jsb), lapisan pilem konvérsi bumi jarang bisa ngawujud dina beungeut 2024 alloy, sahingga potensi éléktroda permukaan alloy aluminium condong jadi seragam, sarta ngaronjatkeun daya tahan kana intergranular korosi jeung stress korosi; Nambahkeun La ka Mg tinggi alloy aluminium bisa nyata ngaronjatkeun kamampuh anti korosi laut tina alloy nu; Nambahkeun 1.5% ~ 2.5% Nd kana alloy aluminium bisa ningkatkeun kinerja-suhu luhur, tightness hawa sarta lalawanan korosi tina alloy, nu loba dipaké salaku bahan aerospace.
◆ ◆ téhnologi Persiapan of alloy aluminium bumi langka ◆ ◆
Jarang bumi lolobana ditambahkeun dina bentuk elemen renik dina alloy aluminium sarta alloy lianna. Rare earth mibanda aktivitas kimiawi anu luhur, titik lebur anu luhur, sarta gampang dioksidasi sarta diduruk dina suhu anu luhur. Ieu geus ngabalukarkeun kasusah tangtu dina persiapan sarta aplikasi tina alloy aluminium bumi langka.Dina panalungtikan ékspérimén jangka panjang, urang neruskeun ngajajah métode persiapan alloy aluminium bumi langka.At hadir, métode produksi utama pikeun Nyiapkeun alloy aluminium bumi langka. nyaéta métode pergaulan, métode éléktrolisis uyah molten jeung métode réduksi aluminothermic.
01 Métode campuran
Métode lebur campuran nyaéta pikeun nambahkeun taneuh jarang atawa logam jarang dicampurkeun kana cair aluminium suhu luhur saimbang pikeun nyieun alloy master atawa alloy aplikasi, lajeng ngalembereh master alloy jeung aluminium sésana nurutkeun sangu diitung babarengan, pinuh aduk jeung nyaring. .
02 Éléktrolisis
Metodeu éléktrolisis uyah molten nyaéta pikeun nambahkeun oksida bumi jarang atawa uyah bumi jarang kana sél éléktrolitik aluminium industri jeung electrolyze jeung aluminium oksida pikeun ngahasilkeun alloy aluminium langka.Metoda éléktrolisis uyah molten geus dimekarkeun rélatif gancang di Cina. Sacara umum, aya dua cara, nyaéta metode katoda cair sareng metode eutektoid éléktrolitik. Ayeuna, parantos dikembangkeun yén sanyawa bumi jarang tiasa langsung ditambah kana sél éléktrolitik aluminium industri, sareng alloy aluminium bumi jarang tiasa diproduksi ku éléktrolisis klorida lebur ku metode eutectoid.
03 Métode réduksi aluminothermic
Kusabab aluminium miboga kamampuh réduksi kuat, sarta aluminium bisa ngabentuk rupa-rupa sanyawa intermetallic kalawan bumi langka, aluminium bisa dipaké salaku agén pangréduksi nyiapkeun alloy aluminium bumi langka. Réaksi kimiawi utama ditémbongkeun dina rumus handap:
RE2O3+ 6Al→2REAl2+ Al2O3
Di antarana, oksida bumi jarang atawa slag euyeub bumi langka bisa dipaké salaku bahan baku bumi langka; Agén pangurangan tiasa aluminium murni industri atawa aluminium silikon; Suhu réduksi nyaéta 1400 ℃ ~ 1600 ℃. Dina tahap awal, éta dibawa. kaluar dina kaayaan ayana agén pemanasan sarta fluks, sarta suhu réduksi tinggi bakal ngabalukarkeun loba masalah; Dina taun anyar, peneliti geus ngembangkeun hiji métode réduksi aluminothermic anyar. Dina suhu nu leuwih handap (780 ℃), réaksi réduksi aluminothermic geus réngsé dina sistem natrium fluorida jeung natrium klorida, nu avoids masalah disababkeun ku suhu luhur aslina.
◆ ◆ kamajuan aplikasi tina alloy aluminium bumi langka ◆ ◆
01 Aplikasi tina alloy aluminium bumi jarang dina industri kakuatan
Alatan kaunggulan konduktivitas alus, kapasitas mawa arus badag, kakuatan tinggi, résistansi maké, ngolah gampang jeung umur layanan panjang, alloy aluminium bumi langka bisa dipaké pikeun rancang kabel, garis transmisi overhead, cores kawat, kawat geser jeung kawat ipis pikeun Tujuan husus.Nambahan jumlah leutik RE dina Sistim alloy Al Si bisa ngaronjatkeun konduktivitas, nu sabab silikon dina alloy aluminium mangrupa unsur impurity kalawan eusi tinggi, nu boga dampak gede dina sipat listrik. Nambahkeun jumlah anu pas tina bumi jarang tiasa ningkatkeun morfologi anu aya sareng distribusi silikon dina alloy, anu sacara efektif tiasa ningkatkeun sipat listrik aluminium; Nambahkeun sajumlah leutik yttrium atanapi yttrium anu beunghar dicampur bumi jarang kana kawat alloy aluminium tahan panas. teu ukur bisa ngajaga kinerja-suhu luhur alus tapi ogé ngaronjatkeun konduktivitas; Langka bumi bisa ningkatkeun kakuatan tensile, résistansi panas sarta lalawanan korosi tina sistem alloy aluminium. Kabel sareng konduktor anu didamel tina alloy aluminium bumi jarang tiasa ningkatkeun bentang munara kabel sareng manjangkeun umur jasa kabel.
02Aplikasi tina alloy aluminium bumi jarang dina industri konstruksi
6063 alloy aluminium anu paling loba dipaké dina industri konstruksi. Nambahkeun 0.15% ~ 0.25% bumi jarang tiasa sacara signifikan ningkatkeun struktur tuang sareng struktur pamrosésan, sareng tiasa ningkatkeun kinerja ekstrusi, pangaruh perlakuan panas, sipat mékanis, résistansi korosi, kinerja perlakuan permukaan sareng nada warna. utamana disebarkeun dina 6063 aluminium alloyα-Al neutralizes wates fase, wates sisikian jeung interdendritic, sarta aranjeunna leyur dina sanyawa atawa aya dina bentuk sanyawa pikeun nyaring struktur dendrite jeung séréal, ku kituna ukuran eutektik undissolved jeung ukuran dimple di wewengkon dimple jadi nyata leutik, sebaran seragam, jeung ngaronjat dénsitas, jadi rupa-rupa sipat alloy nu. ningkat ka varying derajat. Contona, kakuatan profil ngaronjat ku leuwih ti 20%, elongation ngaronjat ku 50%, sarta laju korosi diréduksi ku leuwih ti dua kali, The ketebalan tina pilem oksida naek ku 5% ~ 8%, sarta sipat ngawarnaan ngaronjat ku ngeunaan 3%. Ku kituna, RE-6063 profil wangunan alloy loba dipaké.
03Aplikasi tina alloy aluminium bumi jarang dina produk sapopoé
Nambahkeun ngabasmi bumi jarang ka aluminium murni sarta Al Mg runtuyan alloy aluminium pikeun pamakéan sapopoé produk aluminium nyata bisa ngaronjatkeun sipat mékanis, jero gambar sipat sarta korosi resistance.The kaperluan sapopoé kayaning pot aluminium, Panci aluminium, pelat aluminium, kotak dahar beurang aluminium, Ngarojong jati aluminium, sapédah aluminium, sareng alat-alat bumi anu didamel tina alloy Al Mg RE gaduh langkung ti dua kali résistansi korosi, 10% ~ 15% pangurangan beurat, 10% ~ 20% kanaékan ngahasilkeun, 10% ~ 15% pangurangan biaya produksi, sareng gambar jero anu langkung saé sareng kinerja pamrosésan anu jero dibandingkeun sareng produk alloy aluminium tanpa bumi jarang. nyata, sarta dijual ogé di pasar domestik jeung luar nagri.
04 Aplikasi tina alloy aluminium bumi jarang dina aspék séjén
Nambahkeun sababaraha thousandths bumi jarang dina Al Si runtuyan casting alloy paling loba dipaké bisa nyata ngaronjatkeun kinerja machining tina alloy nu. Loba merek produk geus dipaké dina pesawat, kapal, mobil, mesin solar, motor jeung kandaraan Armored (piston, gearbox, silinder, instrumentation jeung bagian séjén).Dina panalungtikan sarta aplikasi, kapanggih yén Sc mangrupa unsur paling éféktif. ngaoptimalkeun struktur jeung sipat alloy aluminium. Mibanda dispersi kuat strengthening, sisikian refinement strengthening, strengthening solusi na microalloy strengthening épék on aluminium, sarta bisa ningkatkeun kakuatan, karasa, plasticity, kateguhan, résistansi korosi, résistansi panas, jeung sajabana ti alloys.Sc Al runtuyan alloy geus dipaké dina industri tinggi-tech kayaning aerospace, kapal, karéta-speed tinggi, kandaraan lampu, jsb C557Al Mg Zr Sc runtuyan scandium alloy aluminium dikembangkeun ku NASA boga tinggi. kakuatan sarta suhu luhur sarta stabilitas suhu low sarta geus dilarapkeun ka fuselage pesawat jeung bagian struktural pesawat; The 0146Al Cu Li Sc alloy dikembangkeun ku Rusia geus dilarapkeun ka tanki bahan beuleum cryogenic pesawat ruang angkasa.
Tina Jilid 33, Edisi 1 Bumi Langka ku Wang Hui, Yang An sareng Yun Qi
waktos pos: Jul-05-2023