Haruldaste muldmetallide (REE) lisamise kohta 7xxx, 5xxx ja 2xxx seeria alumiiniumisulamitele on läbi viidud ulatuslikke uuringuid, mis näitavad märkimisväärseid mõjusid. Eelkõige kogevad 7xxx seeria alumiiniumisulamid, mis sisaldavad mitut legeerelementi, sulamise ja valamise ajal sageli tugevat segregatsiooni, mis viib märkimisväärse koguse eutektiliste faaside moodustumiseni. See vähendab sitkust ja korrosioonikindlust, kahjustades sulami üldist jõudlust. Haruldaste muldmetallide lisamine tugevalt legeeritud alumiiniumisulamitesse võib peenendada teri, vähendada segregatsiooni ja puhastada maatriksit, parandades seeläbi mikrostruktuuri ja üldisi omadusi.
Hiljuti on tähelepanu pälvinud üliplastilise terade peenestamise seadmed. Need peenestamise seadmed kasutavad haruldasi muldmetalle, nagu La ja Ce, et nõrgendada terade ja alamterade piire. See mitte ainult ei peenesta teri, vaid soodustab ka sademete ühtlast hajumist, pärsib rekristalliseerumist ja parandab oluliselt sulami plastilisust, suurendades lõppkokkuvõttes ekstrusiooniprotsesside tootlikkust.
7xxx seeria alumiiniumisulamites lisatakse haruldasi muldmetalle tavaliselt kolmel viisil:
1. Ainult haruldased muldmetallid;
2. Zr ja haruldaste muldmetallide kombinatsioon;
3. Zr, Cr ja haruldaste muldmetallide kombinatsioon.
Haruldaste muldmetallide kogusisaldust kontrollitakse tavaliselt 0,1–0,5 massiprotsendi piires.
Haruldaste muldmetallide mehhanismid
Haruldased muldmetallid nagu La, Ce, Sc, Er, Gd ja Y aitavad alumiiniumisulamitesse kaasa mitme mehhanismi kaudu:
Teravilja rafineerimine: haruldased muldmetallid moodustavad ühtlaselt jaotunud sademeid, mis toimivad heterogeensete tuumastumiskohtadena, muutes dendriitsed struktuurid võrdteljelisteks peenteradeks, mis parandab tugevust ja plastilisust.
Segregatsiooni pärssimine: Sulamise ja tahkumise ajal soodustavad haruldaste muldmetallide elemendid ühtlasemat elementide jaotumist, vähendavad eutektilise moodustumist ja suurendavad maatriksi tihedust.
Maatriksi puhastamine: Y, La ja Ce võivad reageerida sulamis sisalduvate lisanditega (O, H, N, S), moodustades stabiilseid ühendeid, vähendades gaasisisaldust ja inklusioone, mis omakorda parandab sulami kvaliteeti.
Rekristalliseerumise käitumise muutmine: Teatud haruldased muldmetallid võivad terade ja alamterade piire siduda, pärssides dislokatsiooni liikumist ja terade piiride migratsiooni. See lükkab edasi rekristalliseerumist ja säilitab peened alamterade struktuurid termilise töötlemise ajal, parandades nii tugevust kui ka korrosioonikindlust.
Peamised haruldased muldmetallid ja nende mõjud
Skandium (Sc)
Sc-l on haruldaste muldmetallide seas väikseim aatomraadius ja see on samuti siirdemetall. See on deformeerunud alumiiniumisulamite omaduste parandamisel väga tõhus.
Alumiiniumsulamites sadestub Sc koherentse Al₃Sc-na, suurendades rekristalliseerumistemperatuuri ja pärssides terade jämenemist.
Zr-iga kombineerituna moodustuvad kõrgel temperatuuril stabiilsed Al₃(Sc,Zr) osakesed, mis soodustavad võrdtelgeliste peenterade moodustumist ning takistavad dislokatsiooni liikumist ja terade piiride migratsiooni. See parandab tugevust, väsimuskindlust ja pingekorrosioonikindlust.
Liigne Sc võib põhjustada jämedate Al₃(Sc,Zr) osakeste teket, vähendades ümberkristalliseerumisvõimet, tugevust ja venivust.
Erbium (Er)
Er toimib sarnaselt Sc-ga, kuid on kulutõhusam.
7xxx seeria sulamites täpsustavad sobivad Er lisandid teri, pärsivad dislokatsiooni liikumist ja terade piiride migratsiooni, vähendavad rekristalliseerumist ja suurendavad tugevust.
Zr-iga koos lisamisel moodustuvad Al₃(Er,Zr) osakesed, mis on termiliselt stabiilsemad kui ainult Al₃Er, pakkudes paremat rekristalliseerumise pärssimist.
Liigne Er võib tekitada Al₈Cu₄Er faase, vähendades nii tugevust kui ka venivust.
Gadoliinium (Gd)
Mõõdukad Gd lisandid täpsustavad teri, suurendavad tugevust ja venivust ning parandavad Zn, Mg ja Cu lahustuvust maatriksis.
Saadud Al₃(Gd,Zr) faas fikseerib dislokatsioonid ja teradevahelised piirid, pärssides rekristalliseerumist. Terade pinnale moodustub ka aktiivne kile, mis piirab veelgi terade kasvu.
Liigne Gd võib põhjustada terade jämenemist ja mehaaniliste omaduste halvenemist.
Lantaan (La), tseerium (Ce) ja ütrium (Y)
La peenestab teri, vähendab hapnikusisaldust ja moodustab terade pinnale aktiivse kile, mis pärsib kasvu.
La ja Ce soodustavad GP tsooni ja η′ faasi sadestumist, parandades maatriksi tugevust ja korrosioonikindlust.
Y puhastab maatriksit, takistab peamiste legeerelementide lahustumist tahkesse lahusesse, soodustab tuumastumist ja vähendab potentsiaalseid erinevusi terade piiride ja sisemuse vahel, suurendades korrosioonikindlust.
Liigne La, Ce või Y sisaldus võib põhjustada jämedaid plokkjaid ühendeid, mis vähendavad venivust ja tugevust.
Peamiste haruldaste muldmetallide omadused ja nende karakteristikud alumiiniumis
Postituse aeg: 21. august 2025
