Uygulamasınadir toprakAlüminyum alaşımının dökümü daha önce yurt dışında gerçekleştirildi. Çin bu hususun araştırma ve uygulamasına ancak 1960'lı yıllarda başlasa da hızla gelişmiştir. Mekanizma araştırmalarından pratik uygulamaya kadar pek çok çalışma yapılmış ve bazı başarılar elde edilmiştir. Nadir toprak elementlerinin eklenmesiyle alüminyum alaşımlarının mekanik özellikleri, döküm özellikleri ve elektriksel özellikleri büyük ölçüde iyileştirilmiştir. Yeni malzemeler, nadir toprak elementlerinin zengin optik, elektriksel ve manyetik özellikleri, nadir toprak kalıcı manyetik malzemelerin, nadir toprak ışık yayan malzemelerin, nadir toprak hidrojen depolama malzemelerinin vb. yapımında da önemli bir rol oynamaktadır.
◆ ◆ Alüminyum ve alüminyum alaşımında nadir toprağın etki mekanizması ◆ ◆
Nadir toprak yüksek kimyasal aktiviteye, düşük potansiyele ve özel elektron katmanı düzenine sahiptir ve hemen hemen tüm elementlerle etkileşime girebilir. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarında yaygın olarak kullanılan nadir topraklar arasında La (lantan), Ce (seryum), Y (itriyum) ve Sc (skandiyum). Genellikle eriyiği saflaştırabilen, yapıyı iyileştirebilen, tanecikleri rafine edebilen, değiştiriciler, çekirdekleştirici maddeler ve gaz giderici maddelerle birlikte alüminyum sıvısına eklenirler.
01Nadir toprakların saflaştırılması
Alüminyum alaşımının eritilmesi ve dökümü sırasında büyük miktarda gaz ve oksit kalıntıları (temel olarak hidrojen, oksijen ve nitrojen) getirileceğinden, dökümde küçük delikler, çatlaklar, kalıntılar ve diğer kusurlar meydana gelecektir (bkz. Şekil 1a), alüminyum alaşımının gücü. Nadir toprağın saflaştırma etkisi, esas olarak erimiş alüminyumdaki hidrojen içeriğinin belirgin bir şekilde azaltılması, iğne deliği oranının ve gözenekliliğin azaltılması (bkz. Şekil 1b) ve kalıntılar ile zararlı elementlerin azaltılmasıyla kendini gösterir. Ana Bunun nedeni, nadir toprağın, hidrojeni büyük miktarlarda emip çözebilen ve kabarcık oluşturmadan kararlı bileşikler oluşturabilen, böylece alüminyumun hidrojen içeriğini ve gözenekliliğini önemli ölçüde azaltabilen hidrojen ile büyük bir afiniteye sahip olmasıdır; Nadir toprak ve nitrojen, refrakter bileşikler oluşturur; Alüminyum sıvısının saflaştırılması amacına ulaşmak için çoğunlukla eritme işleminde cüruf şeklinde uzaklaştırılır.
Uygulama, nadir toprakların alüminyum ve alüminyum alaşımlarındaki hidrojen, oksijen ve kükürt içeriğini azaltma etkisine sahip olduğunu kanıtlamıştır. Alüminyum sıvıya %0,1 ~ %0,3 RE eklenmesi, taneleri rafine etmek ve eşit bir şekilde dağıtmak için zararlı yabancı maddeleri daha iyi çıkarmak, yabancı maddeleri rafine etmek veya morfolojilerini değiştirmek için faydalıdır; Buna ek olarak, RE ve düşük erime noktasına sahip zararlı yabancı maddeler, aşağıdaki gibi ikili bileşikler oluşturur: Yüksek erime noktası, düşük yoğunluk ve kararlı kimyasal özellikler ile karakterize edilen ve cüruf oluşturmak ve uzaklaştırılmak üzere yüzdürülebilen, böylece alüminyum sıvısını saflaştırabilen RES, REA'lar ve REPb; Geriye kalan ince parçacıklar, rafine edilmek üzere heterojen alüminyum çekirdekleri haline gelir. tahıllar.
Şekil 1 RE'siz 7075 Alaşımının SEM Morfolojisi ve w (RE)=%0,3
A. RE eklenmez;b. w(RE)=%0,3 ekle
02Nadir toprak metamorfizması
Nadir toprak modifikasyonu esas olarak tanelerin ve dendritlerin rafine edilmesi, kaba katmanlı T2 fazının görünümünün engellenmesi, birincil kristalde dağıtılan kaba masif fazın ortadan kaldırılması ve küresel fazın oluşturulmasıyla kendini gösterir, böylece tane sınırındaki şerit ve parça bileşikleri önemli ölçüde azalır. (bkz. Şekil 2). Genellikle nadir toprak atomunun yarıçapı alüminyum atomununkinden daha büyüktür ve özellikleri nispeten aktiftir. Alüminyum sıvısında erime, yeni ve eski fazlar arasındaki arayüzdeki yüzey gerilimini azaltan ve kristal çekirdeğin büyüme hızını artıran alaşım fazının yüzey kusurlarını doldurmak çok kolaydır; Aynı zamanda bir yüzey de oluşturabilir oluşturulan taneciklerin büyümesini önlemek ve alaşım yapısını iyileştirmek için taneler ile erimiş sıvı arasında aktif film bulunur (bkz. Şekil 2b).
Şekil 2 Farklı RE İlaveli Alaşımların Mikro Yapısı
A. RE dozajı 0;b'dir. RE ilavesi %0,3'tür;c. RE ilavesi %0,7'dir
Nadir toprak elementleri eklendikten sonraαTanelerin incelmesinde rol oynayan (Al) fazının taneleri küçülmeye başladısa(Al), nadir toprak içeriği %0,3 olduğunda küçük gül veya çubuk şekline dönüştüα(Al) tane büyüklüğü ) fazı en küçük olanıdır ve nadir toprak içeriğinin daha da artmasıyla birlikte giderek artar. Deneyler, nadir toprak metamorfizmasının belirli bir kuluçka döneminin olduğunu ve ancak belirli bir süre yüksek sıcaklıkta tutulduğunda, nadir toprak metamorfizmada en büyük rolü oynayacaktır. Ayrıca, alüminyum ve nadir topraktan oluşan bileşiklerin kristal çekirdeklerinin sayısı, metal kristalleştiğinde büyük ölçüde artar, bu da alaşım yapısını rafine eder. Araştırma, nadir toprakların iyi olduğunu gösteriyor Alüminyum alaşımı üzerinde modifikasyon etkisi.
03 Nadir toprağın mikroalaşım etkisi
Nadir toprak esas olarak alüminyum ve alüminyum alaşımlarında üç biçimde bulunur: α(Al) matrisinde katı çözelti; Faz sınırında, tane sınırında ve dendrit sınırında ayrışma; Bileşik halinde veya bileşik biçiminde katı çözelti. Nadir toprakların güçlendirici etkileri alüminyum alaşımları temel olarak tane inceltme güçlendirmesini, sonlu çözelti güçlendirmesini ve nadir toprak bileşiklerinin ikinci faz güçlendirmesini içerir.
Nadir toprak elementinin alüminyum ve alüminyum alaşımındaki varoluş şekli, ilave miktarıyla yakından ilgilidir. Genel olarak, RE içeriği %0,1'den az olduğunda, RE'nin rolü temel olarak ince tane güçlendirme ve sonlu çözelti güçlendirmedir; RE içeriği %0,25~%0,30 olduğunda, RE ve Al çok sayıda küresel veya kısa çubuk benzeri metallerarası bileşik oluşturur tane veya tane sınırında dağılmış olan ve çok sayıda dislokasyon, ince taneli küresel yapılar ve dağılmış nadir toprak bileşikleri ortaya çıkar ve bunlar ikinci faz güçlendirme gibi mikro alaşımlama etkileri üretecektir.
◆ ◆ Nadir toprak elementinin alüminyum ve alüminyum alaşımının özellikleri üzerindeki etkisi ◆◆
01 Nadir toprak elementinin alaşımın kapsamlı mekanik özelliklerine etkisi
Alaşımın mukavemeti, sertliği, uzaması, kırılma tokluğu, aşınma direnci ve diğer kapsamlı mekanik özellikleri, uygun miktarda nadir toprak eklenerek geliştirilebilir. Dökme alüminyum ZL10 serisi alaşıma %0,3 RE eklenirσb205,9 MPa'dan 274 MPa'ya ve HB 80'den 108'e;7005 alaşımına %0,42 Sc eklenmesiσb314MPa'dan 414MPa'ya yükseltildi,σ0,2282MPa'dan 378MPa'ya yükseltildi, plastisite %6,8'den %10,1'e yükseldi ve yüksek sıcaklık stabilitesi önemli ölçüde geliştirildi; La ve Ce, alaşımın süper plastisitesini önemli ölçüde geliştirebilir. Al-6Mg-0.5Mn alaşımına %0,14~%0,64 La eklenmesi, süper plastisiteyi %430'dan %800~%1000'e artırır; Al Si alaşımının sistematik bir çalışması, alaşımın akma dayanımının ve nihai çekme dayanımının büyük ölçüde artırılabileceğini gösterir. uygun miktarda Sc.Fig. eklenerek iyileştirilmiştir. Şekil 3, Al-Si7-Mg'nin çekme kırılmasının SEM görünümünü göstermektedir0,8RE olmadan tipik bir gevrek bölünme kırığı olduğunu belirten alaşım,% 0,3 RE eklendikten sonra kırılmada belirgin çukurlu yapı ortaya çıkıyor, bu da iyi tokluğa ve sünekliğe sahip olduğunu gösteriyor.
Şekil 3 Çekme Kırılma Morfolojisi
A. RE'ye katılmadı;b. %0,3 RE ekleyin
02Nadir Toprak'ın Alaşımların Yüksek Sıcaklık Özelliklerine Etkisi
Belirli bir miktar eklemeknadir toprakalüminyum alaşımına, alüminyum alaşımının yüksek sıcaklık oksidasyon direncini etkili bir şekilde artırabilir. Döküm Al Si ötektik alaşımına% 1 ~% 1,5 oranında karışık nadir toprak eklenmesi, yüksek sıcaklık mukavemetini% 33 artırır, yüksek sıcaklıkta kopma mukavemeti (300 ° C), 1000 saat) %44 oranında artar ve aşınma direnci ve yüksek sıcaklık stabilitesi önemli ölçüde iyileştirilir; Dökme Al Cu alaşımlarına La, Ce, Y ve mischmetal eklenmesi, alaşımların yüksek sıcaklık özelliklerini iyileştirebilir; Hızla katılaşan Al-%8,4 Fe-3.4% Ce alaşımı, 400 ° C'nin altında uzun süre çalışabilir, bu da alüminyum alaşımının çalışma sıcaklığını büyük ölçüde artırır; Al oluşturmak için Al Mg Si alaşımına Sc eklenir.3Yüksek sıcaklıkta kabalaşması kolay olmayan ve tane sınırını sabitlemek için matris ile bütünleşen Sc parçacıkları, böylece alaşım tavlama sırasında yeniden kristalleşmemiş bir yapıyı korur ve alaşımın yüksek sıcaklık özelliklerini büyük ölçüde geliştirir.
03 Nadir Toprak'ın Alaşımların Optik Özellikleri Üzerindeki Etkisi
Alüminyum alaşımına nadir toprak eklenmesi, yüzey oksit filminin yapısını değiştirerek yüzeyi daha parlak ve güzel hale getirebilir. Alüminyum alaşımına %0,12~%0,25 RE eklendiğinde, oksitlenmiş ve renkli 6063 profilin yansıtıcılığı %92; Al Mg dökme alüminyum alaşımına %0,1~%0,3 RE eklendiğinde, alaşım en iyi yüzey kalitesini ve parlaklık dayanıklılığını elde edebilir.
04 Nadir Toprak'ın Alaşımların Elektriksel Özellikleri Üzerine Etkisi
Yüksek saflıkta alüminyuma RE eklenmesi alaşımın iletkenliğine zararlıdır ancak endüstriyel saf alüminyum ve Al Mg Si iletken alaşımlara uygun RE eklenmesiyle iletkenlik bir dereceye kadar iyileştirilebilir. Deney sonuçları alüminyumun iletkenliğinin arttığını göstermektedir. %0,2 RE eklenerek %2 ~ %3 oranında iyileştirilebilir. Al Zr alaşımına az miktarda itriyum açısından zengin nadir toprak eklemek, çoğu yerli tel fabrikası tarafından benimsenen alaşımın iletkenliğini artırabilir; İz nadir toprak ekleyin Al RE folyo kapasitör yapmak için yüksek saflıkta alüminyuma dönüştürülür. 25kV ürünlerde kullanıldığında kapasitans indeksi iki katına çıkar, birim hacim başına kapasite 5 kat artar, ağırlık %47 oranında azalır ve kapasitör hacmi önemli ölçüde azalır.
05Nadir Toprak'ın Alaşımın Korozyon Direncine Etkisi
Bazı servis ortamlarında, özellikle klorür iyonlarının varlığında alaşımlar korozyona, çatlak korozyonuna, stres korozyonuna ve korozyon yorulmasına karşı hassastır. Alüminyum alaşımlarının korozyon direncini arttırmak için birçok çalışma yapılmıştır. Alüminyum alaşımlarına uygun miktarda nadir toprak eklenmesinin korozyon direncini etkili bir şekilde artırabildiği bulunmuştur. Alüminyuma farklı miktarlarda karışık nadir toprak (%0,1~%0,5) eklenerek yapılan numuneler, art arda üç kez tuzlu su ve yapay deniz suyuna batırılmıştır. yıllar. Sonuçlar, alüminyuma az miktarda nadir toprak eklemenin alüminyumun korozyon direncini artırabildiğini ve tuzlu su ve yapay deniz suyundaki korozyon direncinin, alüminyumdan sırasıyla %24 ve %32 daha yüksek olduğunu göstermektedir; Kimyasal buhar yöntemi kullanılarak ve ekleyerek nadir toprak çok bileşenli penetrant (La, Ce, vb.), 2024 alaşımının yüzeyinde nadir toprak dönüşüm filmi tabakası oluşturulabilir, bu da alüminyum alaşımının yüzey elektrot potansiyelinin tekdüze olma eğiliminde olmasını sağlar ve direnci arttırır. tanecikler arası korozyon ve stres korozyonu; Yüksek Mg alüminyum alaşımına La eklemek, alaşımın anti-deniz korozyonu yeteneğini önemli ölçüde artırabilir; Alüminyum alaşımlarına% 1,5 ~% 2,5 Nd eklemek, yüksek sıcaklık performansını, hava sızdırmazlığını ve korozyon direncini artırabilir. Havacılık malzemeleri olarak yaygın olarak kullanılan alaşımlar.
◆ ◆ Nadir toprak alüminyum alaşımının hazırlama teknolojisi ◆ ◆
Nadir toprak çoğunlukla alüminyum alaşımları ve diğer alaşımlara iz elementler şeklinde eklenir. Nadir toprak yüksek kimyasal aktiviteye, yüksek erime noktasına sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda oksitlenmesi ve yakılması kolaydır. Bu, nadir toprak alüminyum alaşımlarının hazırlanmasında ve uygulanmasında bazı zorluklara neden olmuştur. Uzun vadeli deneysel araştırmalarda insanlar, nadir toprak alüminyum alaşımlarının hazırlama yöntemlerini keşfetmeye devam etmektedir. Şu anda, nadir toprak alüminyum alaşımlarının hazırlanmasına yönelik ana üretim yöntemleri karıştırma yöntemi, erimiş tuz elektroliz yöntemi ve alüminotermik indirgeme yöntemidir.
01 Karıştırma yöntemi
Karışık eritme yöntemi, ana alaşım veya uygulama alaşımı yapmak için yüksek sıcaklıktaki alüminyum sıvısına nadir toprak veya karışık nadir toprak metali eklemek ve ardından ana alaşımı ve kalan alüminyumu hesaplanan ödeneğe göre birlikte eritmek, tamamen karıştırmak ve rafine etmektir. .
02 Elektroliz
Erimiş tuz elektroliz yöntemi, endüstriyel alüminyum elektrolitik hücreye nadir toprak oksit veya nadir toprak tuzu eklemek ve nadir toprak alüminyum alaşımı üretmek için alüminyum oksit ile elektroliz etmektir. Erimiş tuz elektroliz yöntemi Çin'de nispeten hızlı gelişmiştir. Genel olarak sıvı katot yöntemi ve elektrolitik ötektoid yöntemi olmak üzere iki yol vardır. Günümüzde nadir toprak bileşiklerinin endüstriyel alüminyum elektrolitik hücrelere doğrudan eklenebileceği ve nadir toprak alüminyum alaşımlarının ötektoid yöntemle klorür eriyiklerinin elektrolizi ile üretilebileceği geliştirilmiştir.
03 Alüminotermik indirgeme yöntemi
Alüminyumun güçlü bir indirgeme kabiliyeti olduğundan ve alüminyum, nadir toprak ile çeşitli metaller arası bileşikler oluşturabildiğinden, alüminyum, nadir toprak alüminyum alaşımlarını hazırlamak için indirgeyici bir madde olarak kullanılabilir. Ana kimyasal reaksiyonlar aşağıdaki formülde gösterilmektedir:
RE2O3+ 6Al→2REal2+ Al2O3
Bunlar arasında, nadir toprak oksit veya nadir toprak bakımından zengin cürufu, nadir toprak ham maddeleri olarak kullanılabilir; İndirgeyici madde, endüstriyel saf alüminyum veya silikon alüminyum olabilir; İndirgeme sıcaklığı 1400 ° C ~ 1600 ° C'dir. Erken aşamada, taşındı Isıtıcı madde ve akının varlığı koşulu altında ve yüksek indirgeme sıcaklığı birçok soruna neden olacaktır; Son yıllarda araştırmacılar yeni bir alüminotermik indirgeme yöntemi geliştirdiler. Daha düşük bir sıcaklıkta (780 °C), alüminotermik indirgeme reaksiyonu, sodyum florür ve sodyum klorür sisteminde tamamlanır ve bu, orijinal yüksek sıcaklığın neden olduğu sorunları ortadan kaldırır.
◆ ◆ Nadir toprak alüminyum alaşımının uygulama ilerlemesi ◆ ◆
01 Nadir toprak alüminyum alaşımının enerji endüstrisinde uygulanması
İyi iletkenlik, büyük akım taşıma kapasitesi, yüksek mukavemet, aşınma direnci, kolay işlenme ve uzun servis ömrü avantajlarından dolayı nadir toprak alüminyum alaşımı, kablolar, havai iletim hatları, tel çekirdekler, kayan teller ve ince teller üretmek için kullanılabilir. özel amaçlar. Al Si alaşım sistemine az miktarda RE eklenmesi iletkenliği artırabilir; bunun nedeni, alüminyum alaşımındaki silikonun, elektriksel özellikler üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olan, yüksek içeriğe sahip bir yabancı madde elementi olmasıdır. Uygun miktarda nadir toprak eklemek, alaşımdaki silikonun mevcut morfolojisini ve dağılımını iyileştirebilir, bu da alüminyumun elektriksel özelliklerini etkili bir şekilde geliştirebilir; Isıya dayanıklı alüminyum alaşımlı tele az miktarda itriyum veya itriyum açısından zengin karışık nadir toprak eklenmesi sadece iyi yüksek sıcaklık performansını korumakla kalmaz, aynı zamanda iletkenliği de artırır; Nadir toprak, alüminyum alaşım sisteminin çekme mukavemetini, ısı direncini ve korozyon direncini artırabilir. Nadir toprak alüminyum alaşımından yapılmış kablolar ve iletkenler, kablo kulesinin açıklığını artırabilir ve kabloların servis ömrünü uzatabilir.
02Nadir toprak alüminyum alaşımının inşaat sektöründe uygulanması
6063 alüminyum alaşımı inşaat sektöründe en yaygın kullanılanıdır. %0,15~%0,25 oranında nadir toprak eklenmesi döküm yapısını ve işleme yapısını önemli ölçüde iyileştirebilir ve ekstrüzyon performansını, ısıl işlem etkisini, mekanik özellikleri, korozyon direncini, yüzey işleme performansını ve renk tonunu geliştirebilir. esas olarak 6063 alüminyum alaşımı α-Al içinde dağıtılır, faz sınırını, tane sınırını ve interdendritikleri nötralize eder ve dendrit yapısını ve tanelerini rafine etmek için bileşikler halinde çözülür veya bileşikler halinde bulunurlar, böylece çözünmemiş ötektiğin boyutu ve boyutu Çukur alanındaki çukurun boyutu önemli ölçüde küçülür, dağılım tekdüze olur ve yoğunluk artar, böylece alaşımın çeşitli özellikleri değişen derecelerde iyileştirilir. Örneğin, profilin mukavemeti %20'den fazla artar, uzama %50 artar ve korozyon oranı iki kattan fazla azalır. Oksit filmin kalınlığı %5~%8 artar ve renklendirme özelliği yaklaşık %3 oranında artar. Bu nedenle RE-6063 alaşımlı yapı profilleri yaygın olarak kullanılmaktadır.
03Nadir toprak alüminyum alaşımının günlük ürünlerde uygulanması
Günlük kullanım için alüminyum ürünler için saf alüminyum ve Al Mg serisi alüminyum alaşımlarına eser miktarda nadir toprak eklenmesi, mekanik özellikleri, derin çekme özelliğini ve korozyon direncini önemli ölçüde artırabilir. Alüminyum tencere, alüminyum tava, alüminyum plaka, alüminyum öğle yemeği kutuları gibi günlük ihtiyaçlar, Al Mg RE alaşımından yapılmış alüminyum mobilya destekleri, alüminyum bisikletler ve ev aletleri parçaları iki kattan fazla korozyon direncine sahiptir, %10~%15 ağırlık azalması, %10~%20 verim artışı, %10~%15 üretim maliyeti düşüşü, ve nadir toprak içermeyen alüminyum alaşımlı ürünlere kıyasla daha iyi derin çekme ve derin işleme performansı. Şu anda, nadir toprak alüminyum alaşımının günlük ihtiyaçları yaygın olarak kullanılmaktadır ve ürünler önemli ölçüde artmış ve iç ve dış pazarlarda iyi satılmaktadır. .
04 Nadir toprak alüminyum alaşımının diğer yönlerden uygulanması
En yaygın olarak kullanılan Al Si serisi döküm alaşımına birkaç binde bir nadir toprak eklemek, alaşımın işleme performansını önemli ölçüde artırabilir. Uçak, gemi, otomobil, dizel motor, motosiklet ve zırhlı araçlarda (piston, dişli kutusu, silindir, enstrümantasyon ve diğer parçalar) birçok markanın ürünü kullanılmaktadır. Yapılan araştırma ve uygulamalarda Sc'nin en etkili element olduğu bulunmuştur. alüminyum alaşımlarının yapısını ve özelliklerini optimize eder. Alüminyum üzerinde güçlü dispersiyon güçlendirme, tane inceltme güçlendirme, çözelti güçlendirme ve mikroalaşım güçlendirme etkileri vardır ve alaşımların mukavemetini, sertliğini, plastisitesini, tokluğunu, korozyon direncini, ısı direncini vb. geliştirebilir. Sc Al serisi alaşımlar kullanılmıştır. havacılık, gemiler, yüksek hızlı trenler, hafif araçlar vb. gibi yüksek teknoloji endüstrileri. NASA tarafından geliştirilen C557Al Mg Zr Sc serisi skandiyum alüminyum alaşımı, yüksek mukavemete ve yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık stabilitesine sahiptir ve uçak gövdesine ve uçaklara uygulanmıştır. yapısal parçalar; Rusya tarafından geliştirilen 0146Al Cu Li Sc alaşımı, uzay aracının kriyojenik yakıt tankına uygulandı.
Wang Hui, Yang An ve Yun Qi'nin yazdığı Rare Earth kitabının 33. Cilt 1. Sayısından
Gönderim zamanı: Temmuz-05-2023