Maombi yaardhi adimukatika kutupwa aloi ya alumini ulifanyika mapema nje ya nchi. Ingawa China ilianza utafiti na matumizi ya kipengele hiki katika miaka ya 1960 tu, imeendelea kwa kasi. Kazi nyingi zimefanywa kutoka kwa utafiti wa utaratibu hadi utumiaji wa vitendo, na mafanikio kadhaa yamepatikana. Kwa kuongezewa kwa vitu adimu vya ardhi, sifa za mitambo, sifa za utupaji na sifa za umeme za aloi za alumini zimeboreshwa sana. vifaa vipya, mali tajiri ya macho, umeme na sumaku ya vipengele adimu vya dunia pia vina jukumu muhimu katika kutengeneza nyenzo adimu za sumaku za kudumu za dunia, nyenzo adimu za kutoa mwanga wa ardhini, nyenzo adimu za kuhifadhi hidrojeni, nk.
◆ ◆ Hatua utaratibu wa dunia adimu katika alumini na aloi ya alumini ◆ ◆
Ardhi adimu ina shughuli nyingi za kemikali, uwezo wa chini na mpangilio maalum wa safu ya elektroni, na inaweza kuingiliana na karibu vipengele vyote. Ardhi adimu zinazotumiwa sana katika alumini na aloi za alumini ni pamoja na La (lanthanum), Ce (cerium), Y (yttrium) na Sc (scandium) Mara nyingi huongezwa kwenye kioevu cha alumini na modifiers, mawakala wa nucleating na mawakala wa degassing, ambayo inaweza kutakasa kuyeyuka, kuboresha muundo, kusafisha nafaka, nk.
01Utakaso wa ardhi adimu
Kwa vile kiasi kikubwa cha miingilio ya gesi na oksidi (hasa hidrojeni, oksijeni na nitrojeni) italetwa wakati wa kuyeyuka na kutupwa kwa aloi ya alumini, mashimo, nyufa, mjumuisho na kasoro zingine katika utupaji (tazama Mchoro 1a), kupunguza. nguvu ya aloi ya alumini.Athari ya utakaso wa ardhi adimu hudhihirishwa hasa katika upunguzaji wa wazi wa maudhui ya hidrojeni katika alumini iliyoyeyuka, kupunguzwa kwa kiwango cha pinho na porosity (tazama Mchoro 1b), na kupunguzwa kwa inclusions na vipengele vyenye madhara.Sababu kuu ni kwamba dunia adimu ina mshikamano mkubwa na hidrojeni, ambayo inaweza kunyonya na kufuta hidrojeni kwa wingi na kuunda misombo imara bila kutengeneza viputo, hivyo kupunguza kwa kiasi kikubwa maudhui ya hidrojeni na unene wa alumini; Ardhi adimu na nitrojeni huunda misombo ya kinzani, ambayo huondolewa zaidi. kwa namna ya slag katika mchakato wa kuyeyuka, ili kufikia madhumuni ya kusafisha kioevu cha alumini.
Mazoezi yamethibitisha kuwa dunia adimu ina athari ya kupunguza maudhui ya hidrojeni, oksijeni na sulfuri katika aloi za alumini na alumini. Kuongeza 0.1%~0.3% RE katika kioevu cha alumini husaidia kuondoa uchafu unaodhuru, kusafisha uchafu au kubadilisha muundo wao, ili kuboresha na kusambaza nafaka sawasawa; Kwa kuongezea, RE na uchafu unaodhuru wenye kiwango kidogo cha kuyeyuka huunda misombo ya binary kama vile RES, REAs, na REPb, ambazo zina sifa ya kiwango cha juu cha myeyuko, msongamano wa chini, na sifa thabiti za kemikali, na zinaweza kuwa. ilielea juu ili kuunda slag na kuondolewa, hivyo kutakasa kioevu cha alumini; chembe laini zilizobaki huwa viini tofauti vya alumini ili kuboresha nafaka.
Kielelezo 1 SEM Mofolojia ya 7075 Aloi bila RE na w (RE)=0.3%
a. RE haijaongezwa;b. Ongeza w (RE)=0.3%
02Metamorphism ya ardhi adimu
Marekebisho adimu ya ardhi yanaonyeshwa hasa katika kusafisha nafaka na dendrites, kuzuia kuonekana kwa awamu ya lamellar T2, kuondoa awamu kubwa ya kusambazwa katika kioo cha msingi na kuunda awamu ya spherical, ili kamba na misombo ya kipande kwenye mpaka wa nafaka hupunguzwa kwa kiasi kikubwa. (ona Mchoro 2). Kwa ujumla, radius ya atomi ya dunia adimu ni kubwa kuliko ile ya alumini. atomu, na mali zake ni kazi kiasi. Kuyeyuka katika kioevu cha alumini ni rahisi sana kujaza kasoro za uso wa awamu ya aloi, ambayo hupunguza mvutano wa uso kwenye kiolesura kati ya awamu mpya na ya zamani, na inaboresha kiwango cha ukuaji wa kiini cha kioo; Wakati huo huo, inaweza pia kuunda uso. filamu hai kati ya nafaka na kioevu kilichoyeyushwa ili kuzuia ukuaji wa nafaka zinazozalishwa na kuboresha muundo wa aloi (ona Mchoro 2b).
Kielelezo 2 Muundo wa Aloi na Nyongeza Tofauti ya RE
a. Kiwango cha RE ni 0;b. Nyongeza ya RE ni 0.3%;c. Ongezeko la RE ni 0.7%
Baada ya kuongeza vipengele adimu vya ardhiaNafaka za awamu ya (Al) zilianza kuwa ndogo, ambayo ilichangia katika kusafisha nafakaα(Al) kubadilishwa kuwa waridi ndogo au umbo la fimbo, wakati yaliyomo katika ardhi adimu ni 0.3%αUkubwa wa nafaka ya (Al). ) awamu ni ndogo zaidi, na huongezeka pole pole kwa ongezeko zaidi la maudhui adimu ya dunia.Majaribio yamethibitisha kuwa kuna kipindi fulani cha incubation cha metamorphism adimu ya dunia, na inapotokea tu. ikihifadhiwa kwa joto la juu kwa muda fulani, dunia adimu itachukua jukumu kubwa zaidi katika metamorphism. Aidha, idadi ya viini vya kioo vya misombo inayoundwa na alumini na ardhi adimu huongezeka sana wakati chuma kikaa, ambayo pia hufanya Muundo wa aloi iliyosafishwa. Utafiti unaonyesha kuwa ardhi adimu ina athari nzuri ya urekebishaji kwenye aloi ya alumini.
03 Athari ya microalloying ya ardhi adimu
Ardhi adimu hupatikana hasa katika aloi za alumini na alumini katika aina tatu: myeyusho dhabiti katika tumbo la matrixα(Al); Mgawanyiko katika mpaka wa awamu, mpaka wa nafaka na mpaka wa dendrite; myeyusho thabiti ndani au kwa namna ya kiwanja. Athari za kuimarisha ardhi adimu katika aloi za alumini ni pamoja na uimarishaji wa uboreshaji wa nafaka, uimarishaji wa suluhisho la mwisho na uimarishaji wa awamu ya pili wa misombo ya adimu ya ardhi.
Aina ya kuwepo kwa ardhi adimu katika alumini na aloi ya alumini inahusiana kwa karibu na kiasi chake cha kuongeza. Kwa ujumla, wakati maudhui ya RE ni chini ya 0.1%, jukumu la RE ni uimarishaji mzuri wa nafaka na uimarishaji wa ufumbuzi wenye kikomo; Wakati maudhui ya RE ni 0.25% ~ 0.30%, RE na Al huunda idadi kubwa ya fimbo ya duara au fupi kama misombo ya intermetallic. , ambayo ni kusambazwa katika mpaka wa nafaka au nafaka, na idadi kubwa ya dislocations, nafaka faini spheroidized miundo na kutawanywa dunia adimu. misombo itaonekana, ambayo itatoa athari za aloi ndogo kama vile uimarishaji wa awamu ya pili.
◆ ◆ Athari ya ardhi adimu kwenye mali ya alumini na aloi ya alumini ◆◆
01 Athari ya ardhi adimu kwenye sifa kamili za mitambo ya aloi
Uimara, ugumu, urefu, ugumu wa kuvunjika, upinzani wa kuvaa na sifa nyingine za kina za mitambo ya aloi zinaweza kuboreshwa kwa kuongeza kiasi kinachofaa cha ardhi adimu.0.3% RE huongezwa kwa safu ya alumini ZL10 alloyσbkutoka MPa 205.9 hadi MPa 274, na HB kutoka 80 hadi 108; Kuongeza 0.42% Sc hadi 7005 aloisibiliongezeka kutoka 314MPa hadi 414MPa,σ0.2iliongezeka kutoka 282MPa hadi 378MPa, kinamu kiliongezeka kutoka 6.8% hadi 10.1%, na uthabiti wa halijoto ya juu uliimarishwa kwa kiasi kikubwa;La na Ce zinaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa uthabiti wa aloi. Kuongeza 0.14%~0.64% La hadi Al-6Mg-0.5Mn aloi huongeza superplasticity kutoka 430% hadi 800% ~ 1000%;Utafiti wa kimfumo wa aloi ya Al Si unaonyesha kuwa nguvu ya mavuno na nguvu ya mwisho ya mkazo ya aloi inaweza kuwa kubwa sana. kuboreshwa kwa kuongeza kiasi sahihi cha Sc.Mtini. 3 inaonyesha mwonekano wa SEM wa kuvunjika kwa nguvu kwa Al-Si7-Mg0.8aloi, ambayo inaonyesha kwamba ni kawaida brittle cleavage fracture bila RE, wakati baada ya 0.3% RE ni aliongeza, dhahiri dimple muundo inaonekana katika fracture, ambayo inaonyesha kwamba ina ushupavu nzuri na ductility.
Mtini. 3 Mofolojia ya Kuvunjika kwa Mvutano
a. Haijaunganishwa na RE;b. Ongeza 0.3% RE
02Athari za Ardhi Adimu kwenye Sifa za Joto la Juu za Aloi
Kuongeza kiasi fulani chaardhi adimukatika aloi ya alumini inaweza kuboresha kwa ufanisi upinzani wa oksidi ya juu ya joto ya aloi ya alumini. Kuongeza 1% ~ 1.5% mchanganyiko wa ardhi adimu kwa kutupwa aloi ya Al Si eutectic huongeza nguvu ya joto la juu kwa 33%, nguvu ya kupasuka kwa joto la juu (300 ℃, masaa 1000) kwa 44%, na upinzani wa kuvaa na utulivu wa joto la juu umeboreshwa kwa kiasi kikubwa; Kuongeza La, Ce, Y na aloi za mischmetal za kutupwa za Al Cu zinaweza kuboresha sifa za halijoto ya juu za aloi; Aloi ya Al-8.4% Fe-3.4% iliyoimarishwa kwa kasi inaweza kufanya kazi kwa muda mrefu chini ya 400 ℃, ikiboresha sana halijoto ya kufanya kazi ya aloi ya alumini; huongezwa kwenye aloi ya Al Mg Si ili kuunda Al3Chembe za Sc ambazo si rahisi kubana kwa joto la juu na kushikamana na tumbo ili kubandika mpaka wa nafaka, ili aloi idumishe muundo usio na fuwele wakati wa annealing, na inaboresha sana sifa za halijoto ya juu ya aloi.
03 Athari ya Ardhi Adimu kwenye Sifa za Macho za Aloi
Kuongeza ardhi adimu kwenye aloi ya alumini kunaweza kubadilisha muundo wa filamu yake ya uso wa oksidi, na kufanya uso kuwa angavu na uzuri zaidi. Wakati 0.12% ~ 0.25% RE inapoongezwa kwenye aloi ya alumini, uakisi wa wasifu wa 6063 uliooksidishwa na rangi ni hadi 92%; 0.1% ~ 0.3% RE inapoongezwa kwenye aloi ya alumini ya Al Mg, aloi inaweza kupata uso bora zaidi. kumaliza na kudumu kwa gloss.
04 Athari za Ardhi Adimu kwenye Sifa za Umeme za Aloi
Kuongeza RE kwa alumini ya usafi wa hali ya juu ni hatari kwa upitishaji wa aloi, lakini upitishaji unaweza kuboreshwa kwa kiwango fulani kwa kuongeza RE inayofaa kwa alumini safi ya viwandani na aloi za conductive za Al Mg Si.Matokeo ya majaribio yanaonyesha kuwa upitishaji wa alumini inaweza kuboreshwa kwa 2%~3% kwa kuongeza RE ya aloi, ambayo imepitishwa na viwanda vingi vya ndani vya waya;Ongeza ardhi ya adimu ya kufuatilia kwenye alumini ya usafi wa hali ya juu ili kutengeneza capacitor ya foil ya Al RE. Inapotumiwa katika bidhaa za 25kV, index ya capacitance imeongezeka mara mbili, uwezo wa kitengo cha kitengo huongezeka kwa mara 5, uzito umepungua kwa 47%, na kiasi cha capacitor kinapungua kwa kiasi kikubwa.
05Athari ya Ardhi Adimu kwenye Upinzani wa Kutu wa Aloi
Katika baadhi ya mazingira ya huduma, hasa mbele ya ioni za kloridi, aloi ni hatari kwa kutu, kutu ya nyufa, kutu ya dhiki na uchovu wa kutu.Ili kuboresha upinzani wa kutu wa aloi za alumini, tafiti nyingi zimefanyika. Imegundulika kuwa kuongeza kiwango kinachofaa cha ardhi adimu kwenye aloi za alumini kunaweza kuboresha uwezo wao wa kustahimili kutu. Sampuli zilizofanywa kwa kuongeza viwango tofauti vya mchanganyiko wa ardhi adimu (0.1% ~ 0.5%) kwenye alumini zililowekwa kwenye brine na maji ya bahari bandia kwa tatu mfululizo. miaka. Matokeo yanaonyesha kuwa kuongeza kiasi kidogo cha ardhi adimu kwenye alumini kunaweza kuboresha upinzani wa kutu ya alumini, na upinzani wa kutu katika brine na maji ya bahari bandia ni 24% na 32% juu kuliko ile ya alumini, mtawaliwa;Kutumia njia ya mvuke ya kemikali na kuongeza. kipenyo cha sehemu nyingi za dunia adimu (La, Ce, n.k.), safu ya filamu adimu ya ubadilishaji wa dunia inaweza kuundwa juu ya uso. ya aloi ya 2024, na kufanya uwezo wa elektrodi ya uso wa aloi ya alumini kuwa sawa, na kuboresha upinzani dhidi ya kutu kati ya punjepunje na kutu ya mkazo; Kuongeza La kwa aloi ya alumini ya juu ya Mg kunaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa uwezo wa kuzuia kutu wa baharini wa aloi; Kuongeza 1.5% ~2.5% Nd hadi aloi za alumini zinaweza kuboresha utendakazi wa halijoto ya juu, kubana hewa na kutu upinzani wa aloi, ambayo hutumiwa sana kama vifaa vya anga.
◆ ◆ Teknolojia ya maandalizi ya aloi ya alumini ya nadra ya dunia ◆ ◆
Ardhi adimu huongezwa zaidi kwa namna ya vitu vya kuwafuata katika aloi za alumini na aloi zingine. Ardhi adimu ina shughuli nyingi za kemikali, kiwango cha juu cha kuyeyuka, na ni rahisi kuoksidishwa na kuchomwa kwenye joto la juu. Hii imesababisha ugumu fulani katika utayarishaji na utumiaji wa aloi za aluminium adimu.Katika utafiti wa muda mrefu wa majaribio, watu wanaendelea kuchunguza mbinu za utayarishaji wa aloi adimu za aluminium duniani.Kwa sasa, mbinu kuu za uzalishaji kwa ajili ya kuandaa aloi adimu za aluminium duniani. ni kuchanganya njia, kuyeyuka chumvi electrolysis mbinu na aluminothermic kupunguza kupunguza.
01 Njia ya kuchanganya
Mbinu iliyochanganywa ya kuyeyuka ni kuongeza udongo adimu au chuma adimu kilichochanganywa katika kioevu cha joto la juu cha alumini kwa uwiano wa kufanya aloi kuu au aloi ya matumizi, na kisha kuyeyusha aloi kuu na alumini iliyobaki kulingana na posho iliyohesabiwa pamoja, koroga kikamilifu na kusafisha. .
02 Electrolysis
Mbinu ya elektrolisisi ya chumvi iliyoyeyuka ni kuongeza oksidi adimu ya ardhini au chumvi adimu ya ardhini kwenye seli ya elektroliti ya alumini ya viwandani na kuweka elektroliti yenye oksidi ya alumini ili kutoa aloi adimu ya alumini. Mbinu ya elektrolisisi ya chumvi iliyoyeyushwa imeendelea kwa kasi nchini China. Kwa ujumla, kuna njia mbili, yaani, njia ya cathode ya kioevu na njia ya electrolytic eutectoid. Kwa sasa, imeanzishwa kuwa misombo ya nadra ya dunia inaweza kuongezwa moja kwa moja kwa seli za aluminium za viwandani za elektroliti, na aloi za adimu za alumini zinaweza kuzalishwa na elektrolisisi ya kuyeyuka kwa kloridi kwa njia ya eutectoid.
03 Njia ya kupunguza aluminothermic
Kwa sababu alumini ina uwezo mkubwa wa kupunguza, na alumini inaweza kuunda aina mbalimbali za misombo ya intermetallic na ardhi adimu, alumini inaweza kutumika kama wakala wa kupunguza kuandaa aloi adimu za alumini ya ardhini. Athari kuu za kemikali zinaonyeshwa katika fomula ifuatayo:
RE2O3+ 6Al→2REAL2+ Al2O3
Miongoni mwao, oksidi adimu ya ardhi au slag tajiri ya ardhini inaweza kutumika kama malighafi adimu ya ardhini; wakala wa kupunguza inaweza kuwa alumini safi ya viwandani au alumini ya silicon; halijoto ya kupunguza ni 1400 ℃~1600 ℃. Katika hatua ya awali, ilibebwa. nje chini ya hali ya kuwepo kwa wakala wa kupokanzwa na flux, na kupunguza joto la juu kunaweza kusababisha matatizo mengi; Katika miaka ya hivi karibuni, watafiti wameunda aluminothermic mpya. njia ya kupunguza. Kwa joto la chini (780 ℃), mmenyuko wa kupunguza aluminothermic hukamilishwa katika mfumo wa floridi ya sodiamu na kloridi ya sodiamu, ambayo huepuka matatizo yanayosababishwa na joto la juu la awali.
◆ ◆ Maendeleo ya maombi ya aloi adimu ya alumini ◆ ◆
01 Utumiaji wa aloi ya aluminium adimu katika tasnia ya nguvu
Kwa sababu ya faida za conductivity nzuri, uwezo mkubwa wa kubeba sasa, nguvu ya juu, upinzani wa kuvaa, usindikaji rahisi na maisha marefu ya huduma, aloi ya alumini ya adimu ya ardhi inaweza kutumika kutengeneza nyaya, mistari ya maambukizi ya juu, cores za waya, waya za slaidi na waya nyembamba. madhumuni maalum.Kuongeza kiasi kidogo cha RE katika mfumo wa aloi ya Al Si kunaweza kuboresha upitishaji, ambayo ni kwa sababu silicon katika aloi ya alumini ni kipengele cha uchafu na maudhui ya juu, ambayo yana athari kubwa juu ya mali ya umeme. Kuongeza kiwango kinachofaa cha ardhi adimu kunaweza kuboresha mofolojia iliyopo na usambazaji wa silikoni katika aloi, ambayo inaweza kuboresha kwa ufanisi sifa za umeme za alumini; Kuongeza kiasi kidogo cha yttrium au yttrium tajiri iliyochanganywa na ardhi adimu kwenye waya ya aloi inayostahimili joto. haiwezi tu kudumisha utendaji mzuri wa hali ya juu ya joto, lakini pia kuboresha upitishaji; Ardhi adimu inaweza kuboresha nguvu ya mkazo, upinzani wa joto na upinzani wa kutu ya alumini. mfumo wa aloi. Kebo na kondakta zilizotengenezwa kwa aloi ya aluminium adimu zinaweza kuongeza muda wa mnara wa kebo na kupanua maisha ya huduma ya nyaya.
02Utumiaji wa aloi ya aluminium adimu katika tasnia ya ujenzi
Aloi ya alumini 6063 ndiyo inayotumika sana katika tasnia ya ujenzi. Kuongeza 0.15% ~ 0.25% ya ardhi adimu kunaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa muundo wa kutupwa na muundo wa usindikaji, na inaweza kuboresha utendaji wa extrusion, athari ya matibabu ya joto, sifa za mitambo, upinzani wa kutu, utendaji wa matibabu ya uso na tone ya rangi. Imegunduliwa kuwa dunia adimu husambazwa zaidi katika 6063 alumini aloya-Al hutenganisha mpaka wa awamu, mpaka wa nafaka na interdendritic, na huyeyushwa katika misombo au kuwepo. kwa namna ya misombo ya kuboresha muundo wa dendrite na nafaka, ili ukubwa wa eutectic isiyoweza kufutwa na ukubwa wa dimple katika eneo la dimple kuwa ndogo sana, usambazaji ni sare, na kuongezeka kwa msongamano, ili mali mbalimbali. ya aloi huboreshwa kwa viwango tofauti. Kwa mfano, nguvu ya wasifu huongezeka kwa zaidi ya 20%, urefu huongezeka kwa 50%, na kiwango cha kutu kinapungua kwa zaidi ya mara mbili, Unene wa filamu ya oksidi huongezeka kwa 5% ~ 8%, na mali ya kuchorea huongezeka kwa karibu 3%. Kwa hiyo, maelezo ya kujenga alloy RE-6063 hutumiwa sana.
03Utumiaji wa aloi ya aluminium adimu katika bidhaa za kila siku
Kuongeza udongo adimu kwa alumini safi na aloi za alumini za mfululizo wa Al Mg kwa ajili ya matumizi ya kila siku ya bidhaa za alumini kunaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa sifa za mitambo, sifa ya kuchora kina kirefu na upinzani wa kutu. fanicha za alumini, baisikeli za alumini, na sehemu za vifaa vya nyumbani zilizotengenezwa kwa aloi ya Al Mg RE zina zaidi ya mara mbili ya upinzani wa kutu, 10%~15% kupunguza uzito, 10%~20% ongezeko la mavuno, 10%~15% kupunguza gharama ya uzalishaji, na mchoro bora wa kina na utendaji wa kina wa usindikaji ikilinganishwa na bidhaa za aloi za alumini bila udongo adimu. Kwa sasa, kila siku mahitaji ya aloi adimu ya alumini ya ardhi yametumika sana, na bidhaa zimeongezeka sana, na zinauzwa vizuri katika soko la ndani na nje.
04 Utumiaji wa aloi ya aluminium adimu katika nyanja zingine
Kuongeza maelfu chache ya ardhi adimu katika aloi ya urushaji ya mfululizo wa Al Si inayotumika sana kunaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa utendakazi wa uchakataji wa aloi. Bidhaa nyingi za bidhaa zimetumika katika ndege, meli, magari, injini za dizeli, pikipiki na magari ya kivita (piston, gearbox, silinda, instrumentation na sehemu nyingine). kuboresha muundo na mali ya aloi za alumini. Ina uimarishaji mkubwa wa utawanyiko, uimarishaji wa uboreshaji wa nafaka, uimarishaji wa suluhisho na athari za kuimarisha aloi kwenye alumini, na inaweza kuboresha uimara, ugumu, plastiki, ushupavu, upinzani wa kutu, upinzani wa joto, n.k. ya aloi za aloi.Sc Al mfululizo zimetumika katika viwanda vya teknolojia ya juu kama vile anga, meli, treni za mwendo kasi, magari mepesi, n.k.C557Al Mg Zr Sc. mfululizo wa aloi ya alumini ya scandium iliyotengenezwa na NASA ina nguvu ya juu na halijoto ya juu na uthabiti wa halijoto ya chini na imetumika kwa fuselage ya ndege na sehemu za muundo wa ndege; Aloi ya 0146Al Cu Li Sc iliyotengenezwa na Urusi imetumiwa kwenye tanki la mafuta ya cryogenic la vyombo vya anga.
Kutoka Juzuu 33, Toleo la 1 la Rare Earth na Wang Hui, Yang An na Yun Qi
Muda wa kutuma: Jul-05-2023