Uitgebreide navorsing is gedoen oor die byvoeging van seldsame aardelemente (REE's) tot 7xxx-, 5xxx- en 2xxx-reeks aluminiumlegerings, wat noemenswaardige effekte toon. In die besonder ervaar 7xxx-reeks aluminiumlegerings, wat verskeie legeringselemente bevat, dikwels ernstige segregasie tydens smelting en gieting, wat lei tot die vorming van beduidende hoeveelhede eutektiese fases. Dit verminder taaiheid en korrosieweerstand, wat die algehele werkverrigting van die legering in die gedrang bring. Die inkorporering van seldsame aardelemente in hoogs gelegeerde aluminiumlegerings kan korrels verfyn, segregasie onderdruk en die matriks suiwer, waardeur die mikrostruktuur en algehele eienskappe verbeter word.
Onlangs het 'n tipe superplastiese graanraffinadery aandag getrek. Hierdie raffinaderye benut seldsame aardelemente soos La en Ce om die verswakking van korrel- en subkorrelgrense te verbeter. Dit verfyn nie net korrels nie, maar bevorder ook 'n eenvormige verspreiding van neerslae, onderdruk herkristallisasie en verbeter legeringsrekbaarheid aansienlik, wat uiteindelik produktiwiteit in ekstrusieprosesse verhoog.
In 7xxx-reeks aluminiumlegerings word seldsame aardelemente gewoonlik op drie maniere bygevoeg:
1. Seldsame aardelemente alleen;
2. Kombinasie van Zr en seldsame aardelemente;
3. Kombinasie van Zr, Cr, en seldsame aardelemente.
Die totale inhoud van seldsame aardelemente word gewoonlik binne 0.1–0.5 gewigsprosent beheer.
Meganismes van Seldsame Aarde-elemente
Skaars aardelemente soos La, Ce, Sc, Er, Gd en Y dra by tot aluminiumlegerings deur verskeie meganismes:
Korrelverfyning: Skaars aardelemente vorm eenvormig verspreide presipitate wat as heterogene nukleasieplekke optree, wat dendritiese strukture in gelykassige fyn korrels omskakel, wat sterkte en rekbaarheid verbeter.
Onderdrukking van segregasie: Tydens smelting en stolling bevorder seldsame aardelemente meer eenvormige elementverspreiding, verminder eutektiese vorming en verhoog matriksdigtheid.
Matriksuiwering: Y, La en Ce kan met onsuiwerhede in die smelt (O, H, N, S) reageer om stabiele verbindings te vorm, wat die gasinhoud en insluitsels verlaag, wat die legeringskwaliteit verbeter.
Wysiging van herkristallisasiegedrag: Sekere seldsame aardelemente kan korrel- en subkorrelgrense vaspen, wat ontwrigtingsbeweging en korrelgrensmigrasie inhibeer. Dit vertraag herkristallisasie en bewaar fyn subkorrelstrukture tydens termiese verwerking, wat beide sterkte en korrosieweerstand verbeter.
Belangrike seldsame aardelemente en hul effekte
Skandium (Sc)
Sc het die kleinste atoomradius onder seldsame aardelemente en is ook 'n oorgangsmetaal. Dit is hoogs effektief in die verbetering van die eienskappe van vervormde aluminiumlegerings.
In aluminiumlegerings presipiteer Sc as koherente Al₃Sc, wat die herkristallisasietemperatuur verhoog en korrelvergroting onderdruk.
Wanneer dit met Zr gekombineer word, vorm hoëtemperatuur-stabiele Al₃(Sc,Zr)-deeltjies, wat gelykas-fyn korrels bevorder en ontwrigtingsbeweging en korrelgrensmigrasie belemmer. Dit verbeter sterkte, moegheidsweerstand en spanningskorrosieprestasie.
Oormatige Sc kan lei tot growwe Al₃(Sc,Zr)-deeltjies, wat herkristallisasievermoë, sterkte en rekbaarheid verminder.
Erbium (Er)
Er tree soortgelyk aan Sc op, maar is meer koste-effektief.
In 7xxx-reeks legerings verfyn gepaste Er-toevoegings korrels, inhibeer ontwrigtingsbeweging en korrelgrensmigrasie, onderdruk herkristallisasie en verbeter sterkte.
Wanneer dit saam met Zr bygevoeg word, vorm Al₃(Er,Zr)-deeltjies, wat meer termies stabiel is as Al₃Er alleen, wat beter herkristallisasie-onderdrukking bied.
Oormatige Er kan Al₈Cu₄Er-fases produseer, wat beide sterkte en rekbaarheid verminder.
Gadolinium (Gd)
Matige Gd-toevoegings verfyn korrels, verhoog sterkte en rekbaarheid, en verbeter die oplosbaarheid van Zn, Mg en Cu in die matriks.
Die gevolglike Al₃(Gd,Zr)-fase heg ontwrigtings en subkorrelgrense vas, wat herkristallisasie onderdruk. 'n Aktiewe film vorm ook op korreloppervlaktes, wat korrelgroei verder beperk.
Oormatige Gd kan korrelvergroting veroorsaak en meganiese eienskappe versleg.
Lantaan (La), Serium (Ce), en Yttrium (Y)
La verfyn graan, verminder suurstofinhoud en vorm 'n aktiewe film op graanoppervlaktes om groei te inhibeer.
La en Ce bevorder GP-sone- en η′-fasepresipitasie, wat matrikssterkte en korrosieweerstand verbeter.
Y suiwer die matriks, verhoed die oplossing van belangrike legeringselemente in die vaste oplossing, bevorder nukleasie en verminder potensiële verskille tussen korrelgrense en binnekant, wat korrosiebestandheid verbeter.
Oormatige La, Ce of Y kan lei tot growwe blokagtige verbindings, wat rekbaarheid en sterkte verminder.
Eienskappe van belangrike seldsame aardelemente en hul kenmerke in aluminium
Plasingstyd: 21 Augustus 2025
