Ứng dụng củaTrái đất hiếmKhi đúc hợp kim nhôm đã được thực hiện sớm hơn ở nước ngoài. Mặc dù Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu và áp dụng khía cạnh này chỉ trong những năm 1960, nhưng nó đã phát triển nhanh chóng. Rất nhiều công việc đã được thực hiện từ nghiên cứu cơ chế sang ứng dụng thực tế và một số thành tựu đã được thực hiện. Với việc bổ sung các nguyên tố đất hiếm, tính chất cơ học, tính chất đúc và tính chất điện của các vật liệu động vật hiếm khi Vật liệu lưu trữ hydro trái đất, v.v.
◆ ◆ Cơ chế hành động của đất hiếm trong hợp kim nhôm và nhôm ◆ ◆
Trái đất hiếm có hoạt động hóa học cao, sắp xếp lớp điện tử tiềm năng thấp và đặc biệt và có thể tương tác với hầu hết các yếu tố. Trái đất thường được sử dụng trong hợp kim nhôm và nhôm bao gồm LA (lanthanum), Ce (Cerium), Y (yttri) và SC (scandium). Chúng thường được thêm vào chất lỏng nhôm với các bộ điều chỉnh, chất tạo hạt và chất khử khí, có thể tinh chế sự tan chảy, cải thiện cấu trúc, tinh chỉnh hạt, v.v.
01Tinh chế Trái đất hiếm
Một lượng lớn các bao gồm khí và oxit (chủ yếu là hydro, oxy và nitơ) sẽ được đưa vào trong quá trình nóng chảy và đúc hợp kim nhôm, pinholes, vết nứt, bao gồm và các khiếm khuyết khác sẽ xảy ra Tốc độ pinhole và độ xốp (xem Hình 1b), và giảm các vùi và các nguyên tố có hại. Lý do chính là trái đất hiếm có ái lực lớn với hydro, có thể hấp thụ và hòa tan hydro ở số lượng lớn và hình thành các hợp chất được tạo thành trong quá trình làm giảm độ bền của hydro. Quá trình, để đạt được mục đích tinh chế chất lỏng nhôm.
Thực tiễn đã chứng minh rằng Trái đất hiếm có tác dụng giảm hàm lượng hydro, oxy và lưu huỳnh trong hợp kim nhôm và nhôm. Việc tăng thêm các tạp chất có hại, tinh chỉnh các tạp chất hoặc thay đổi hình thái của chúng, để tinh chỉnh và phân phối đều các hạt; và loại bỏ, do đó tinh chế chất lỏng nhôm; các hạt mịn còn lại trở thành hạt nhân không đồng nhất của nhôm để tinh chế các hạt.
Hình.
Một. Re không được thêm vào; b. Thêm W (Re) = 0,3%
02Sự biến chất của trái đất quý hiếm
Sự điều chỉnh đất hiếm được biểu hiện chủ yếu trong các hạt tinh chế và đuôi gai, ức chế sự xuất hiện của pha Lamellar T2 thô, loại bỏ pha lớn phân bố trong tinh thể chính và hình thành pha hình cầu ở mức độ của các hợp chất ở mức độ khác Thuộc tính tương đối hoạt động. Sự tan chảy trong chất lỏng nhôm rất dễ dàng để lấp đầy các khuyết tật bề mặt của pha hợp kim, làm giảm sức căng bề mặt trên giao diện giữa các pha mới và cũ, và cải thiện tốc độ tăng trưởng của hạt nhân tinh thể; đồng thời, nó cũng có thể tạo thành một màng hoạt động bề mặt giữa các hạt và chất lỏng.
Hình 2 cấu trúc vi mô của các hợp kim với sự bổ sung RE khác nhau
Một. Liều lượng re là 0; b. Bổ sung lại là 0,3%; c. Bổ sung là 0,7%
Sau khi thêm các nguyên tố đất hiếm, các hạt của pha (Al) bắt đầu trở nên nhỏ hơn, đóng vai trò trong việc tinh chế hạt (Al) biến thành hình dạng hoa hồng hoặc hình que nhỏ, khi hàm lượng của đất hiếm là 0,3%kích thước hạt của (AL) Nhiệt độ cao trong một khoảng thời gian nhất định, Trái đất hiếm sẽ đóng vai trò lớn nhất trong sự biến chất. Ngoài ra, số lượng hạt nhân tinh thể của các hợp chất được hình thành bởi nhôm và đất hiếm tăng lên rất nhiều khi kim loại kết tinh, điều này cũng làm cho cấu trúc hợp kim tinh chế.
03 Hiệu ứng vi mô của Trái đất hiếm
Trái đất hiếm chủ yếu tồn tại trong hợp kim nhôm và nhôm ở ba dạng: dung dịch rắn trong ma trận (AL); sự phân tách ở ranh giới pha, ranh giới hạt và ranh giới dendrite; dung dịch rắn trong hoặc ở dạng hợp chất.
Hình thức tồn tại của trái đất hiếm trong hợp kim nhôm và nhôm có liên quan chặt chẽ đến lượng bổ sung của nó. Nói chung, khi hàm lượng RE nhỏ hơn 0,1%, vai trò của RE chủ yếu là tăng cường hạt mịn và tăng cường dung dịch hữu hạn; khi hàm lượng RE là 0,25%~ 0,30%, RE và AL tạo thành một số lượng lớn hình cầu hoặc que ngắn như các hợp chất tạo ra các loại hạt, và các loại hạt hiếm, và một số lượng lớn. như tăng cường giai đoạn thứ hai.
◆ ◆ Ảnh hưởng của đất hiếm đối với các tính chất của hợp kim nhôm và nhôm ◆◆
01 Ảnh hưởng của đất hiếm đối với các tính chất cơ học toàn diện của hợp kim
Độ bền, độ cứng, độ giãn dài, độ bền gãy, khả năng chống mài mòn và các tính chất cơ học toàn diện khác của hợp kim có thể được cải thiện bằng cách thêm lượng đất hiếm.0.3% RE được thêm vào sê -ri nhôm ZL10 σbTừ 205,9 MPa đến 274 MPa và HB từ 80 đến 108; thêm 0,42% SC vào 7005 hợp kimbtăng từ 314MPa lên 414MPa,0,2Tăng từ 282MPa lên 378MPa, độ dẻo tăng từ 6,8% lên 10,1% và độ ổn định nhiệt độ cao được tăng cường đáng kể; LA và CE có thể cải thiện đáng kể độ siêu dẻo của hợp kim. Thêm 0,14%~ 0,64%LA vào al-6mg-0,5mn hợp kim làm tăng độ siêu dẻo từ 430%lên 800%~ 1000%; Một nghiên cứu có hệ thống về hợp kim Al Si cho thấy cường độ sức mạnh và độ bền kéo cuối cùng của hợp kim có thể được cải thiện rất nhiều bằng cách thêm một lượng thích hợp của SC. 3 cho thấy sự xuất hiện SEM của gãy xương kéo của al-si7-mg0,8Hợp kim, chỉ ra rằng đó là một vết nứt phân tách giòn điển hình mà không cần RE, trong khi sau khi thêm 0,3% RE, cấu trúc lúm đồng tiền rõ ràng xuất hiện trong gãy xương, cho thấy nó có độ bền và độ dẻo tốt.
Hình 3 Hình thái gãy kéo dài
Một. Không tham gia re; b. Thêm 0,3% re
02Ảnh hưởng của đất hiếm đến tính chất nhiệt độ cao của hợp kim
Thêm một số lượng nhất địnhTrái đất hiếmthành hợp kim nhôm có thể cải thiện hiệu quả điện trở oxy hóa nhiệt độ cao của hợp kim nhôm. Đảm bảo 1%~ 1,5%hỗn hợp đất hiếm với hợp kim eutectic cast al Si làm tăng cường độ nhiệt độ cao Hợp kim có thể cải thiện các tính chất nhiệt độ cao của hợp kim; hợp kim AL-8.4.4% Fe-3,4% CE hóa rắn nhanh chóng có thể hoạt động trong một thời gian dài dưới 400, cải thiện đáng kể nhiệt độ làm việc của hợp kim nhôm3Các hạt SC không dễ để thô ở nhiệt độ cao và kết hợp với ma trận để ghim ranh giới hạt, do đó hợp kim duy trì cấu trúc không kết tinh trong quá trình ủ và cải thiện đáng kể các tính chất nhiệt độ cao của hợp kim.
03 Ảnh hưởng của đất hiếm đối với các tính chất quang học của hợp kim
Thêm đất hiếm vào hợp kim nhôm có thể thay đổi cấu trúc của màng oxit bề mặt của nó, làm cho bề mặt sáng và đẹp hơn. Khi 0,12%~ 0,25%RE được thêm vào hợp kim nhôm, độ phản xạ của cấu hình oxy hóa và có độ phân giải được tăng lên.
04 Ảnh hưởng của đất hiếm đến tính chất điện của hợp kim
Việc thêm RE vào nhôm có độ tinh khiết cao có hại cho độ dẫn của hợp kim, nhưng độ dẫn có thể được cải thiện ở một mức độ nhất định bằng cách thêm RE thích hợp vào nhôm tinh khiết công nghiệp và Al Mg Si dẫn điện. Hợp kim, đã được sử dụng bởi hầu hết các nhà máy dây trong nước; thêm dấu vết đất hiếm vào nhôm có độ tinh khiết cao để tạo ra tụ điện Al Re. Khi được sử dụng trong các sản phẩm 25kV, chỉ số điện dung được nhân đôi, công suất trên một đơn vị thể tích tăng thêm 5 lần, trọng lượng giảm 47%và khối lượng tụ điện giảm đáng kể.
05Ảnh hưởng của đất hiếm đối với khả năng chống ăn mòn của hợp kim
Trong một số môi trường dịch vụ, đặc biệt là trong sự hiện diện của các ion clorua, các hợp kim dễ bị ăn mòn, ăn mòn kẽ hở, ăn mòn căng thẳng và mệt mỏi ăn mòn. Để cải thiện khả năng chống ăn mòn của hợp kim nhôm, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện. Người ta thấy rằng việc thêm một lượng đất hiếm thích hợp vào hợp kim nhôm có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống ăn mòn của chúng. Các mẫu được tạo ra bằng cách thêm một lượng đất khác nhau khác nhau (0,1%~ 0,5%) vào nhôm được ngâm trong nước biển và nước biển nhân tạo trong ba năm liên tiếp. Kết quả cho thấy rằng việc thêm một lượng nhỏ đất hiếm vào nhôm có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của nhôm, và khả năng chống ăn mòn trong nước muối và nước biển nhân tạo cao hơn 24% và 32% so với phương pháp biến đổi của một thành phần. Tiềm năng điện cực bề mặt của hợp kim nhôm có xu hướng đồng đều, và cải thiện khả năng chống ăn mòn giữa các hạt và ăn mòn ứng suất; thêm LA vào hợp kim nhôm Mg cao có thể cải thiện đáng kể khả năng ăn mòn của AS. Vật liệu hàng không vũ trụ.
◆ ◆ Công nghệ chuẩn bị hợp kim nhôm đất hiếm ◆ ◆
Trái đất hiếm hầu hết được thêm vào dưới dạng các nguyên tố vi lượng trong hợp kim nhôm và các hợp kim khác. Trái đất hiếm có hoạt động hóa học cao, điểm nóng chảy cao và dễ bị oxy hóa và đốt cháy ở nhiệt độ cao. Điều này đã gây ra một số khó khăn nhất định trong việc chuẩn bị và áp dụng hợp kim nhôm đất hiếm. Trong nghiên cứu thử nghiệm dài hạn, mọi người tiếp tục khám phá các phương pháp chuẩn bị hợp kim nhôm đất hiếm.
01 Phương pháp trộn
Phương pháp nóng chảy hỗn hợp là thêm trái đất hiếm hoặc kim loại đất hiếm hỗn hợp vào chất lỏng nhôm nhiệt độ cao tỷ lệ để tạo ra hợp kim chính hoặc hợp kim ứng dụng, sau đó làm tan chảy hợp kim chính và nhôm còn lại theo trợ cấp tính toán lại với nhau, khuấy và tinh chế hoàn toàn.
02 Điện phân
Phương pháp điện phân muối nóng chảy là thêm oxit đất hiếm hoặc muối đất hiếm vào tế bào điện phân nhôm công nghiệp và điện giải bằng nhôm oxit để tạo ra hợp kim nhôm đất hiếm. Phương pháp điện phân muối đã phát triển tương đối nhanh ở Trung Quốc. Nói chung, có hai cách, cụ thể là phương pháp catốt lỏng và phương pháp eutectoid điện phân. Hiện tại, người ta đã phát triển rằng các hợp chất đất hiếm có thể được thêm trực tiếp vào các tế bào điện phân nhôm công nghiệp và hợp kim nhôm đất hiếm có thể được sản xuất bằng cách điện phân clorua tan bằng phương pháp eutectoid.
03 Phương pháp giảm aluminother
Do nhôm có khả năng giảm mạnh và nhôm có thể tạo thành nhiều hợp chất intermetallic với đất hiếm, nhôm có thể được sử dụng như một tác nhân khử để chuẩn bị hợp kim nhôm đất hiếm. Các phản ứng hóa học chính được thể hiện trong công thức sau:
RE2O3+ 6Al → 2REAL2+ Al2O3
Trong số đó, oxit đất quý hiếm hoặc xỉ giàu đất hiếm có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô đất hiếm, chất khử có thể là nhôm nguyên chất công nghiệp hoặc nhôm silicon; nhiệt độ giảm là 1400 ℃ ~ 1600. Trong giai đoạn đầu, nó được thực hiện trong tình trạng của một tác nhân phát triển. Ở nhiệt độ thấp hơn (780), phản ứng giảm aluminTHER được hoàn thành trong hệ thống natri fluoride và natri clorua, điều này tránh các vấn đề gây ra bởi nhiệt độ cao ban đầu.
◆ ◆ Tiến trình ứng dụng của hợp kim nhôm đất hiếm ◆ ◆
01 Áp dụng hợp kim nhôm đất hiếm trong ngành công nghiệp điện
Do những lợi thế của độ dẫn tốt, khả năng mang dòng điện lớn, cường độ cao, khả năng chống mài mòn, xử lý dễ dàng và tuổi thọ dài, hợp kim nhôm hiếm có thể được sử dụng để sản xuất dây cáp, đường truyền trên cao, dây trượt, có thể xác định được các mục đích của hệ thống. Một nội dung cao, có tác động lớn hơn đến các tính chất điện. Việc thêm một lượng đất hiếm thích hợp có thể cải thiện hình thái và phân bố silicon hiện có trong hợp kim, có thể cải thiện hiệu quả các tính chất điện của nhôm; thêm một lượng nhỏ Yttri hoặc Yttri phong phú Hệ thống hợp kim nhôm. Cáp và dây dẫn làm bằng hợp kim nhôm đất hiếm có thể làm tăng nhịp của tháp cáp và mở rộng tuổi thọ dịch vụ của cáp.
02Áp dụng hợp kim nhôm đất hiếm trong ngành xây dựng
6063 Hợp kim nhôm là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành xây dựng. Việc đất và cấu trúc xử lý AS và có thể cải thiện hiệu quả đùn, hiệu ứng xử lý nhiệt, tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn. Các hợp chất để tinh chỉnh cấu trúc và hạt dendrite, do đó kích thước của eutectic không được phân giải và kích thước của lúm đồng tiền trong khu vực lúm đồng tiền trở nên nhỏ hơn đáng kể, sự phân bố là đồng nhất và mật độ tăng, do đó các tính chất khác nhau của hợp kim được cải thiện đến mức độ khác nhau. Ví dụ, cường độ của hồ sơ được tăng hơn 20%, độ giãn dài tăng 50%và tỷ lệ ăn mòn giảm hơn hai lần, độ dày của màng oxit tăng 5%~ 8%và tính chất màu tăng khoảng 3%.
03Áp dụng hợp kim nhôm đất hiếm trong các sản phẩm hàng ngày
Thêm dấu vết đất hiếm vào nhôm tinh khiết và al mg series hợp kim nhôm cho các sản phẩm nhôm sử dụng hàng ngày có thể cải thiện đáng kể các tính chất cơ học, tính năng vẽ sâu và điện trở ăn mòn. Hợp kim có khả năng chống ăn mòn hơn hai lần, giảm 10% ~ 15% trọng lượng, tăng năng suất 10% ~ 20%, giảm 10% ~ 15% chi phí sản xuất, và vẽ sâu hơn và hiệu suất xử lý sâu so với các sản phẩm hợp kim nhôm mà không có trái đất hiếm.
04 Áp dụng hợp kim nhôm đất hiếm ở các khía cạnh khác
Thêm một vài phần của trái đất hiếm trong hợp kim đúc AL SI được sử dụng rộng rãi nhất có thể cải thiện đáng kể hiệu suất gia công của hợp kim. Nhiều thương hiệu sản phẩm đã được sử dụng trong máy bay, tàu, ô tô, động cơ diesel, xe máy và xe bọc thép (piston, hộp số, xi lanh, thiết bị và các bộ phận khác). Nó có sự tăng cường phân tán mạnh mẽ, tăng cường sàng lọc hạt, tăng cường dung dịch và các hiệu ứng tăng cường vi mô đối với nhôm và có thể cải thiện sức mạnh, độ cứng, độ dẻo, độ bền, khả năng chống ăn mòn, kháng nhiệt, v.v. Hợp kim nhôm được phát triển bởi NASA có cường độ cao và nhiệt độ cao và độ ổn định nhiệt độ thấp và đã được áp dụng cho các bộ phận cấu trúc máy bay và máy bay của máy bay; hợp kim 0146al Cu Li Sc do Nga phát triển đã được áp dụng cho bình nhiên liệu lạnh của tàu vũ trụ.
Từ tập 33, số 1 của Trái đất hiếm của Wang Hui, Yang An và Yun Qi
Thời gian đăng: Tháng 7-05-2023