Tillämpning avsällsynt jordVid gjutning av aluminiumlegering genomfördes tidigare utomlands. Även om Kina startade forskning och tillämpning av denna aspekt endast på 1960 -talet har det utvecklats snabbt. 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 Jordväte lagringsmaterial etc.
◆ ◆ Åtgärdsmekanism för sällsynt jord i aluminium- och aluminiumlegering ◆ ◆
Sällsynta jorden har hög kemisk aktivitet, låg potential och speciellt elektronskiktsarrangemang och kan interagera med nästan alla element.Rar jordar som vanligtvis används i aluminium- och aluminiumlegeringar inkluderar LA (lantan), CE (cerium), Y (yttrium) och SC (skandium). De tillsätts ofta i aluminiumvätska med modifierare, kärnbildande medel och avgasande medel, som kan rena smältan, förbättra strukturen, förfina spannmålen etc.
01Rening av sällsynt jord
Eftersom en stor mängd gas- och oxidinneslutningar (främst väte, syre och kväve) kommer att föras in under smältningen och gjutningen av aluminiumlegering, pinhål, sprickor, inneslutningar och andra defekter kommer att inträffa i gjutningen (se figur 1A), reducera styrkan i aluminumlegering. reduction of 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 Smältningsprocess för att uppnå syftet med att rena aluminiumvätska.
Praxis har bevisat att sällsynta jorden har effekten att minska innehållet i väte, syre och svavel i aluminium- och aluminiumlegeringar. 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 avlägsnas, vilket rena aluminiumvätska; de återstående fina partiklarna blir heterogena kärnor av aluminium för att förfina korn.
Fig. 1 SEM -morfologi av 7075 -legering utan RE och W (Re) = 0,3%
a. Re läggs inte till; b. Lägg till w (re) = 0,3%
02Metamorfism av sällsynt jord
Sällsynta jordarts modifiering manifesteras huvudsakligen i förädlingskorn och dendriter, som hämmar utseendet på grov lamellär T2 -fas, vilket eliminerar den grova massiva fasen som är fördelade i den primära kristallen och bildar sfärisk fas, så att de remsa vid fragmenten vid korngränsen är avsevärt reducerade (se figur 2). aktiv. Smältning i aluminiumvätska är mycket lätt att fylla ytfasen i legeringsfasen, vilket minskar ytspänningen på gränssnittet mellan nya och gamla faser, och förbättrar tillväxttakten för kristallkärnan; samtidigt kan den också bilda en ytaktiv film mellan kornen och den molten vätskan för att förhindra tillväxten av den genererade korn och förfina legeringens struktur (se figur 2b).
Fig. 2 Mikrostruktur av legeringar med olika re -tillägg
a. Re -dosering är 0; b. Re -tillägg är 0,3%; c. Re -tillägg är 0,7%
After adding rare earth elementsαThe grains of (Al) phase began to become smaller, which played a role in refining grainsα(Al) transformed into a small rose or rod shape, when the content of rare earth is 0.3%αThe grain size of (Al) phase is the smallest, and gradually increases with the further increase of rare earth content.Experiments have proved that there is a certain incubation period for rare earth metamorphism, and only when it is kept at a high temperature Under en viss tid kommer sällsynta jorden att spela den största rollen i metamorfismen. Dessutom ökar antalet kristallkärnor för de föreningar som bildas av aluminium och sällsynta jordjorden kraftigt när metallen kristalliseras, vilket också gör att legeringsstrukturen förfinas. Forskningen visar att sällsynta jordar har god modifieringseffekt på aluminumalloy.
03 Mikroalloying effekt av sällsynt jord
Sällsynta jorden finns huvudsakligen i aluminium- och aluminiumlegeringar i tre former: fast lösning i matrixα (AL); segregering vid fasgräns, korngräns och dendritgränsen; fast lösning i eller i form av förening. De stärkande effekterna av sällsynta jordar i aluminiumlegeringar inkluderar huvudsakligen spannmålsförstärkning, stärkande, finitlösning och styrkan av den andra föreningen av sällsynta jordar i aluminiumlegeringar.
Förekomsten av sällsynt jord i aluminium och aluminiumlegering är nära besläktad med dess tilläggsbelopp. I allmänhet, när RE -innehållet är mindre än 0,1%, är RE: s roll huvudsakligen finkornas förstärkning och stärkning av begränsad lösning; när Re -innehåll är 0,25%~ 0,30%, RE och Al bildar ett stort antal sfäriska eller korta stavar som intermetalliska föreningar, som är fördelade i korn- eller spannmålen, och ett stort antal dislokationer, fina spannmålsspann Fasförstärkning.
◆ ◆ Effekt av sällsynta jordar på egenskaper hos aluminium och aluminiumlegering ◆◆
01 Effekt av sällsynta jordar på omfattande mekaniska egenskaper hos legering
Styrka, hårdhet, töjning, frakturthet, slitstyrka och andra omfattande mekaniska egenskaper hos legeringen kan förbättras genom att lägga till lämplig mängd sällsynt jord.bfrån 205,9 MPa till 274 MPa och HB från 80 till 108; tillsats av 0,42% SC till 7005 legeringsfastbökade från 314MPA till 414MPA, σ0.2Ökade från 282MPa till 378MPa, plasticiteten ökade från 6,8% till 10,1%, och högtemperaturstabiliteten förbättrades signifikant; LA och CE kan förbättra legeringens superplasticitet. Att tillsätta 0,14%~ 0,64%LA till AL-6mg-0,5 Mn-legering ökar superplasticiteten från 430%till 800%~ 1000%; en systematisk studie av Al Si-legering visar att utbytesstyrkan och den ultimata draghållfastheten hos legeringen kan förbättras kraftigt genom att lägga till en lämplig mängd SC.fig. 3 visar SEM-utseendet på dragfraktur av al-Si7-mg0,8Legering, som indikerar att det är ett typiskt sprött klyvningsfraktur utan RE, medan efter 0,3% RE har tillsättts, visas uppenbar gropstruktur i sprickan, vilket indikerar att den har god seghet och duktilitet.
Fig. 3 Dragfrakturmorfologi
a. Inte gick med i; b. Tillsätt 0,3% RE
02Effekt av sällsynta jordar på legeringarnas höga temperaturer
Lägga till en viss mängdsällsynt jordin i aluminiumlegering kan effektivt förbättra den högtemperaturoxidationsmotståndet hos aluminiumlegering. Läggning 1%~ 1,5%blandad sällsynta jord till gjutningen Al Si eutectic legering ökar hög temperaturstyrka med 33%, den höga temperaturstyrkan (300 ℃, 1000 timmar) med 44%, och bärmakten och hög temperaturen är signifikant imponerad; Legeringar kan förbättra legeringarnas högtemperaturegenskaper; den snabbt stelnade AL-8,4% Fe-3,4% CE-legering kan arbeta länge under 400 ℃, vilket förbättrar arbetstemperaturen kraftigt med aluminiumlegering; SC tillsätts till Al Mg Si-legeringen för att bilda Al AL3SC-partiklar som inte är lätta att grovas vid hög temperatur och sammanfogas med matrisen för att fästa korngränsen, så att legeringen upprätthåller en okristalliserad struktur under glödgning och förbättrar kraftigt hög temperaturegenskaper hos legeringen.
03 Effekt av sällsynta jordar på legeringarnas optiska egenskaper
Att lägga till sällsynta jordar i aluminiumlegering kan ändra strukturen för dess ytoxidfilm, vilket gör ytan mer ljus och vacker. När 0,12%~ 0,25%re läggs till i aluminiumlegeringen, läggs reflektiviteten i den oxiderade och färgade 6063 -profilen upp till 92%; när 0,1%~ 0,3%re läggs till al mg gjutna aluminumyy, den alloy, den allas av den bästa ytan.
04 Effekt av sällsynta jordar på legeringarnas elektriska egenskaper
Adding RE to high-purity aluminum is harmful to the conductivity of the alloy, but the conductivity can be improved to a certain extent by adding appropriate RE to industrial pure aluminum and Al Mg Si conductive alloys.The experimental results show that the conductivity of aluminum can be improved by 2%~3% by adding 0.2% RE.Adding a small amount of yttrium rich rare earth into Al Zr alloy can improve the conductivity of the alloy, som har antagits av de flesta inhemska trådfabriker; tillsätt spåra sällsynt jord till hög renhet aluminium för att göra al re folie kondensator. När det används i 25 kV -produkter fördubblas kapacitansindexet, kapaciteten per enhetsvolym ökas med 5 gånger, vikten reduceras med 47%och kondensatorvolymen reduceras avsevärt.
05Effekt av sällsynt jord på legerings motstånd mot legering
I vissa servicemiljöer, särskilt i närvaro av kloridjoner, är legeringar sårbara för korrosion, sprickkorrosion, stresskorrosion och korrosionströtthet. För att förbättra korrosionsbeständigheten hos aluminiumlegeringar har många studier genomförts. Det har visat sig att lägga till lämplig mängd sällsynta jordar till aluminiumlegeringar kan effektivt förbättra deras korrosionsbeständighet. Proverna gjorda genom att tillsätta olika mängder blandade sällsynta jordar (0,1%~ 0,5%) till aluminium blötläggs i saltlösning och konstgjorda havsvatten i tre år i rad. Resultaten visar att att lägga till en liten mängd sällsynta jordar till aluminium kan förbättra korrosionsbeständigheten hos aluminium, och korrosionsmotståndet i saltlösning och konstgjorda havsvatten är 24% och 32% högre än det för aluminium, med kemisk ångmetod och att lägga till sällsynta multikomponenta penetrant (la, ce, etc. Elektrodpotential för aluminiumlegering tenderar att vara enhetlig, och att förbättra resistensen mot intergranulär korrosion och stresskorrosion; att lägga till LA till höga Mg aluminiumlegering kan förbättra den anti-marina korrosionsförmågan hos legeringarna; tillägg av 1,5% ~ 2,5% nd till aluminiumlegeringar kan förbättra den höga temperaturen material.
◆ ◆ Beredningsteknologi för sällsynt jordartsaluminiumlegering ◆ ◆
Sällsynta jord tillsätts mest i form av spårelement i aluminiumlegeringar och andra legeringar. Sällsynt jord har hög kemisk aktivitet, hög smältpunkt och är lätt att oxideras och brännas vid höga temperaturer. Detta har orsakat vissa svårigheter i beredning och tillämpning av sällsynta jordartsaluminiumlegeringar. I den långsiktiga experimentella forskningen fortsätter människor att undersöka beredningsmetoderna för sällsynta jordartsaluminiumlegeringar. På nuvarande är de viktigaste produktionsmetoderna för beredning av sällsynta jordarlegeringar blandningsmetod, smält saltelektrolysmetod och aluminotermisk reduktionsmetod.
01 Blandningsmetod
Blandad smältningsmetod är att lägga till sällsynta jordar eller blandad sällsynta jordartsmetall i aluminiumvätska med högteminium i proportion för att göra masterlegering eller appliceringslegering, och sedan smälta masterlegeringen och den återstående aluminiumet enligt det beräknade bidraget tillsammans, helt rör om och förädla.
02 Elektrolys
Den smälta saltelektrolysmetoden är att tillsätta sällsynta jordartsoxid eller sällsynt jordarts salt i den industriella aluminiumelektrolytiska cellen och elektrolysen med aluminiumoxid för att producera sällsynt jordartslegering. Molten saltelektrolysmetod har utvecklats relativt snabbt i Kina. Generellt finns det två sätt, nämligen flytande katodmetod och elektrolytisk eutektoidmetod. För närvarande har det utvecklats att sällsynta jordartsföreningar direkt kan tillsättas till industriella aluminiumelektrolytiska celler, och sällsynta jordartslegeringar kan produceras genom elektrolys av kloridsmälter med eutektoidmetod.
03 Aluminotermisk reduktionsmetod
Eftersom aluminium har en stark reduktionsförmåga och aluminium kan bilda en mängd olika intermetalliska föreningar med sällsynt jord, kan aluminium användas som reducerande medel för att framställa sällsynta jordartslegeringar. De viktigaste kemiska reaktionerna visas i följande formel:
RE2O3+ 6al → 2Real2+ Al2O3
Bland dem kan sällsynta jordar oxid eller sällsynta jordar rik slagg användas som sällsynta jordarts råvaror; reducerande medel kan vara industriell ren aluminium eller kisel aluminium; reduktionstemperaturen är 1400 ℃ ~ 1600 ℃. I det tidiga skedet har det genomförts under villkoret av förekomsten av uppvärmningsmedel och flöde, och hög reduktionstemperatur skulle orsaka många problem; i nyligen utvecklade år har det utvecklats en ny album. Vid en lägre temperatur (780 ℃) genomförs den aluminotermiska reduktionsreaktionen i systemet med natriumfluorid och natriumklorid, vilket undviker problemen som orsakas av den ursprungliga höga temperaturen.
◆ ◆ Applikationens framsteg av sällsynt jordartsaluminiumlegering ◆ ◆
01 Applicering av sällsynt jordartslegering i kraftindustrin
Due to the advantages of good conductivity, large current carrying capacity, high strength, wear resistance, easy processing and long service life, rare earth aluminum alloy can be used to manufacture cables, overhead transmission lines, wire cores, slide wires and thin wires for special purposes.Adding a small amount of RE in the Al Si alloy system can improve the conductivity, which is because the silicon in the aluminum alloy is an impurity element with a high content, vilket har en större inverkan på de elektriska egenskaperna. Att lägga till en lämplig mängd sällsynta jord kan förbättra den befintliga morfologin och distributionen av kisel i legeringen, vilket effektivt kan förbättra de elektriska egenskaperna hos aluminium; att lägga till en liten mängd yttrium eller yttrium rik blandad sällsynta jordar i den värmebeständiga aluminiumlegeringen kan inte bara upprätthålla god högkompetär prestanda utan också förbättringar av uppförandet; sällsynta jordstyrkor, det är inte bara att förbättra det allovärden som alla är värmebehållare alla alumosmotor. system. Kablar och ledare gjorda av sällsynta jordarts aluminiumlegering kan öka spännvidden för kabeltornet och förlänga kablarnas livslängd.
02Tillämpning av sällsynt jordartslegering i byggbranschen
6063 Aluminiumlegering är den mest använda i byggbranschen. 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 compounds to Förfina dendritstrukturen och kornen, så att storleken på det olösta eutektiska och storleken på gropen i gropområdet blir betydligt mindre, fördelningen är enhetlig och densiteten ökar, så att legeringens olika egenskaper förbättras i varierande grad. Till exempel ökas profilens styrka med mer än 20%, förlängningen ökas med 50%och korrosionshastigheten minskas med mer än två gånger, tjockleken på oxidfilmen ökar med 5%~ 8%, och färgegenskaperna ökar med cirka 3%. Därför återstår till 6063-legeringsprofiler i stor utsträckning.
03Applicering av sällsynt jordartslegering i dagliga produkter
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 har mer än två gånger korrosionsbeständigheten, 10% ~ 15% viktminskning, 10% ~ 20% avkastningsökning, 10% ~ 15% produktionskostnadsminskning, och bättre djup ritning och djup bearbetningsprestanda jämfört med aluminiumlegeringsprodukter utan sällsynta jordar närvarande, de dagliga nödvändigheterna av sällsynta jordaraluminiumlegeringar har använts i stort, och produkterna har ökat avsevärt, och är sålda i den inhemska och utländska marknaden.
04 Applicering av sällsynt jordartslegering i andra aspekter
Att lägga till några tusendelar sällsynt jord på den mest använda Al Si -serien som gjutlegering kan förbättra legeringens bearbetningsprestanda. Många varumärken har använts i flygplan, fartyg, bilar, dieselmotorer, motorcyklar och pansarfordon (kolv, växellåda, cylinder, instrumentering och andra delar). I forskning och tillämpning konstateras att SC är det mest effektiva elementet för att optimera strukturen och egenskaperna hos aluminiumlegeringar. Det har stark spridning av spridning, stärkning av kornförfining, stärkning av lösning och mikrolegeringsförstärkande effekter på aluminium, och kan förbättra styrkan, hårdheten, plasticitet, seghet, korrosionsmotstånd, värmebeständighet, etc. av legeringar. av NASA har hög styrka och hög temperatur och låg temperaturstabilitet och har applicerats på flygplanens flygkropp och flygplanstrukturella delar; 0146Al Cu Li SC -legering som utvecklats av Ryssland har applicerats på den kryogena bränsletanken i rymdskeppet.
Från volym 33, nummer 1 av Rare Earth av Wang Hui, Yang An och Yun Qi
Posttid: JUL-05-2023