Спроведено е обемно истражување за додавање на ретки земни елементи (REE) во алуминиумски легури од сериите 7xxx, 5xxx и 2xxx, што покажува значајни ефекти. Особено, алуминиумските легури од сериите 7xxx, кои содржат повеќе легирачки елементи, често доживуваат сериозна сегрегација за време на топењето и леењето, што доведува до формирање на значителни количини на евтектички фази. Ова ја намалува цврстината и отпорноста на корозија, компромитирајќи ги целокупните перформанси на легурата. Вклучувањето на ретки земни елементи во високо легирани алуминиумски легури може да ги рафинира зрната, да ја потисне сегрегацијата и да ја прочисти матрицата, со што се подобрува микроструктурата и целокупните својства.
Неодамна, еден вид суперпластичен рафинатор на зрна привлече внимание. Овие рафинерии ги користат ретките земни елементи како што се La и Ce за да го подобрат слабеењето на границите на зрната и подзрната. Ова не само што ги рафинира зрната, туку и промовира униформна дисперзија на талогот, ја потиснува рекристализацијата и значително ја подобрува еластичноста на легурите, што на крајот ја зголемува продуктивноста во процесите на екструдирање.
Во алуминиумските легури од серијата 7xxx, ретките земни елементи генерално се додаваат на три начина:
1. Само ретки земни елементи;
2. Комбинација од Zr и ретки земни елементи;
3. Комбинација од Zr, Cr и ретки земни елементи.
Вкупната содржина на ретки земни елементи обично се контролира во рамките на 0,1–0,5 тежински%.
Механизми на ретки земски елементи
Ретките земни елементи како што се La, Ce, Sc, Er, Gd и Y придонесуваат за алуминиумските легури преку повеќе механизми:
Рафинирање на зрната: Ретките земни елементи формираат рамномерно распределени талоги кои дејствуваат како хетерогени места на нуклеација, претворајќи ги дендритичните структури во еквиаксијални фини зрна, што ја подобрува цврстината и еластичноста.
Потиснување на сегрегацијата: За време на топењето и зацврстувањето, ретките земни елементи промовираат порамномерна распределба на елементите, го намалуваат евтектичкото формирање и ја зголемуваат густината на матрицата.
Прочистување на матрицата: Y, La и Ce можат да реагираат со нечистотии во стопената маса (O, H, N, S) за да формираат стабилни соединенија, намалувајќи ја содржината на гас и инклузии, што го подобрува квалитетот на легурата.
Модификација на однесувањето на рекристализација: Одредени ретки земни елементи можат да ги заглават границите на зрната и подзрната, спречувајќи го движењето на дислокациите и миграцијата на границите на зрната. Ова ја одложува рекристализацијата и ги зачувува фините структури на подзрната за време на термичката обработка, подобрувајќи ја и цврстината и отпорноста на корозија.
Клучни ретки Земјини елементи и нивните ефекти
Скандиум (Sc)
Sc има најмал атомски радиус меѓу ретките земни елементи и е исто така преоден метал. Тој е многу ефикасен во подобрувањето на својствата на деформираните алуминиумски легури.
Во алуминиумските легури, Sc се таложи како кохерентен Al₃Sc, зголемувајќи ја температурата на рекристализација и потиснувајќи го згрутчувањето на зрната.
Кога се комбинираат со Zr, се формираат честички Al₃(Sc,Zr) стабилни на висока температура, поттикнувајќи еквиоксирани фини зрна и спречувајќи го движењето на дислокациите и миграцијата на границите на зрната. Ова ја подобрува цврстината, отпорноста на замор и перформансите на стрес-корозија.
Прекумерниот Sc може да доведе до груби Al₃(Sc,Zr) честички, намалувајќи ја способноста за рекристализација, цврстината и еластичноста.
Ербиум (Er)
Er делува слично на Sc, но е поекономичен.
Кај легурите од серијата 7xxx, соодветните додатоци на Er ги рафинираат зрната, го инхибираат движењето на дислокациите и миграцијата на границите на зрната, ја потиснуваат рекристализацијата и ја зголемуваат цврстината.
Кога се ко-додадени со Zr, се формираат честички Al₃(Er,Zr), кои се термички постабилни од Al₃Er сам, обезбедувајќи подобра супресија на рекристализацијата.
Прекумерниот Er може да произведе фази Al₈Cu₄Er, намалувајќи ја и цврстината и еластичноста.
Гадолиниум (Gd)
Умерените додавања на Gd ги рафинираат зрната, ја зголемуваат цврстината и еластичноста и ја подобруваат растворливоста на Zn, Mg и Cu во матрицата.
Резултирачката фаза Al₃(Gd,Zr) ги поврзува дислокациите и границите на подзрната, потиснувајќи ја рекристализацијата. Активен филм се формира и на површините на зрната, дополнително ограничувајќи го растот на зрната.
Прекумерниот Gd може да предизвика згрутчување на зрната и влошување на механичките својства.
Лантан (La), Цериум (Ce) и Итриум (Y)
La ги рафинира зрната, ја намалува содржината на кислород и формира активен филм на површините на зрната за да го инхибира растот.
La и Ce го поттикнуваат таложењето во GP зоната и η′ фазата, подобрувајќи ја цврстината на матрицата и отпорноста на корозија.
Y ја прочистува матрицата, го спречува растворањето на главните легирачки елементи во цврстиот раствор, го поттикнува нуклеирањето и ги намалува потенцијалните разлики помеѓу границите на зрната и внатрешноста, зголемувајќи ја отпорноста на корозија.
Прекумерните La, Ce или Y може да доведат до груби блоковидни соединенија, кои ја намалуваат еластичноста и цврстината.
Својства на главните ретки земни елементи и нивните карактеристики во алуминиумот
Време на објавување: 21 август 2025 година
