Kiterjedt kutatásokat végeztek a ritkaföldfémek (REE) 7xxx, 5xxx és 2xxx sorozatú alumíniumötvözetekhez való hozzáadásával kapcsolatban, és figyelemre méltó hatásokat mutattak. Különösen a 7xxx sorozatú alumíniumötvözetek, amelyek több ötvözőelemet tartalmaznak, gyakran súlyos szegregációt mutatnak az olvasztás és az öntés során, ami jelentős mennyiségű eutektikus fázis kialakulásához vezet. Ez csökkenti a szívósságot és a korrózióállóságot, rontva az ötvözet általános teljesítményét. A ritkaföldfémek beépítése a magas ötvözetű alumíniumötvözetekbe finomíthatja a szemcséket, elnyomhatja a szegregációt és tisztíthatja a mátrixot, ezáltal javítva a mikroszerkezetet és az általános tulajdonságokat.
Az utóbbi időben egyfajta szuperképlékeny szemcsefinomító keltette fel a figyelmet. Ezek a finomítók ritkaföldfémeket, például La-t és Ce-t használnak fel a szemcse- és szemcseszegény határok gyengítésének fokozására. Ez nemcsak a szemcséket finomítja, hanem elősegíti a kicsapódások egyenletes eloszlását, gátolja az átkristályosodást, és jelentősen javítja az ötvözet képlékenységét, végső soron növelve az extrudálási folyamatok termelékenységét.
A 7xxx sorozatú alumíniumötvözetekben a ritkaföldfémeket általában háromféleképpen adják hozzá:
1. Ritkaföldfémek önmagukban;
2. Zr és ritkaföldfémek kombinációja;
3. Zr, Cr és ritkaföldfémek kombinációja.
A ritkaföldfémek teljes tartalmát általában 0,1–0,5 tömeg% között szabályozzák.
Ritkaföldfémek mechanizmusai
A ritkaföldfémek, mint például a La, Ce, Sc, Er, Gd és Y, több mechanizmuson keresztül járulnak hozzá az alumíniumötvözetek kialakulásához:
Szemcsefinomítás: A ritkaföldfémek egyenletesen eloszló kicsapódásokat képeznek, amelyek heterogén nukleációs helyekként működnek, a dendrites szerkezeteket egyenlő tengelyű finom szemcsékké alakítva, ami javítja a szilárdságot és a képlékenységet.
A szegregáció elnyomása: Az olvadás és a megszilárdulás során a ritkaföldfémek egyenletesebb elemeloszlást eredményeznek, csökkentik az eutektikumok képződését és növelik a mátrix sűrűségét.
Mátrixtisztítás: Az Y, La és Ce reakcióba léphet az olvadékban lévő szennyeződésekkel (O, H, N, S), stabil vegyületeket képezve, csökkentve a gáztartalmat és a zárványokat, ami javítja az ötvözet minőségét.
Az átkristályosodási viselkedés módosítása: Bizonyos ritkaföldfémek képesek a szemcse- és szemcsehatárok rögzítésére, gátolva a diszlokációmozgást és a szemcsehatárok migrációját. Ez késlelteti az átkristályosodást és megőrzi a finom szemcseszerkezeteket a hőkezelés során, javítva mind a szilárdságot, mind a korrózióállóságot.
Kulcsfontosságú ritkaföldfémek és hatásuk
Szkandium (Sc)
Az Sc rendelkezik a legkisebb atomrádiusszal a ritkaföldfémek között, és egyben átmeneti fém is. Rendkívül hatékonyan javítja a deformált alumíniumötvözetek tulajdonságait.
Alumíniumötvözetekben a Sc koherens Al₃Sc-ként válik ki, növelve az átkristályosodási hőmérsékletet és gátolva a szemcsedurvulás folyamatát.
Zr-rel kombinálva magas hőmérsékleten stabil Al₃(Sc,Zr) részecskék képződnek, amelyek elősegítik az egyenletesen elrendezett finom szemcséket, és gátolják a diszlokáció mozgását és a szemcsehatárok migrációját. Ez javítja a szilárdságot, a fáradási ellenállást és a feszültségkorróziós teljesítményt.
A túlzott Sc durva Al₃(Sc,Zr) részecskék képződéséhez vezethet, csökkentve az átkristályosodási képességet, a szilárdságot és a képlékenységet.
Erbium (Er)
Az Er hasonlóan működik, mint az Sc, de költséghatékonyabb.
A 7xxx sorozatú ötvözetekben a megfelelő Er-adalékok finomítják a szemcséket, gátolják a diszlokációmozgást és a szemcsehatár-migrációt, elnyomják az átkristályosodást és növelik a szilárdságot.
Zr-rel együtt adva Al₃(Er,Zr) részecskék képződnek, amelyek termikusan stabilabbak, mint az Al₃Er önmagában, így jobban gátolják az átkristályosodást.
A túlzott Er Al₈Cu₄Er fázisokat hozhat létre, csökkentve mind a szilárdságot, mind a képlékenységet.
Gadolínium (Gd)
A mérsékelt Gd-adagolás finomítja a szemcséket, növeli a szilárdságot és a képlékenységet, valamint fokozza a Zn, Mg és Cu oldhatóságát a mátrixban.
A keletkező Al₃(Gd,Zr) fázis rögzíti a diszlokációkat és a szemcsehatárokat, gátolva az átkristályosodást. A szemcsék felületén egy aktív film is kialakul, ami tovább korlátozza a szemcsenövekedést.
A túlzott Gd szemcsedurvulást okozhat és ronthatja a mechanikai tulajdonságokat.
Lantán (La), cérium (Ce) és ittrium (Y)
A La finomítja a szemeket, csökkenti az oxigéntartalmat, és aktív filmet képez a szemek felületén a növekedés gátlására.
A La és a Ce elősegíti a GP zóna és az η′ fázis kicsapódását, javítva a mátrix szilárdságát és korrózióállóságát.
Az Y tisztítja a mátrixot, megakadályozza a fő ötvözőelemek oldódását a szilárd oldatba, elősegíti a nukleációt, és csökkenti a szemcsehatárok és a belső tér közötti potenciális különbségeket, növelve a korrózióállóságot.
A túlzott La, Ce vagy Y durva, tömbös vegyületekhez vezethet, amelyek csökkentik a képlékenységet és a szilárdságot.
A főbb ritkaföldfémek tulajdonságai és jellemzőik alumíniumban
Közzététel ideje: 2025. augusztus 21.
