7xxx, 5xxx және 2xxx сериялы алюминий қорытпаларына сирек жер элементтерін (РЭ) қосу бойынша ауқымды зерттеулер жүргізілді, бұл айтарлықтай әсер етеді. Атап айтқанда, құрамында бірнеше легірлеу элементтері бар 7xxx сериялы алюминий қорытпалары балқыту және құю кезінде жиі қатты сегрегацияны бастан кешіреді, бұл эвтектикалық фазалардың айтарлықтай көлемінің пайда болуына әкеледі. Бұл қаттылық пен коррозияға төзімділікті төмендетеді, қорытпаның жалпы өнімділігін төмендетеді. Сирек жер элементтерін жоғары легирленген алюминий қорытпаларына қосу дәндерді тазартуға, сегрегацияны тоқтатуға және матрицаны тазартуға, осылайша микроқұрылымды және жалпы қасиеттерді жақсартуға мүмкіндік береді.
Жақында суперпластикалық дәнді тазартқыштың бір түрі назар аударды. Бұл тазартқыштар астық пен астық шекараларының әлсіреуін күшейту үшін La және Ce сияқты сирек жер элементтерін пайдаланады. Бұл дәндерді тазартып қана қоймайды, сонымен қатар тұнбалардың біркелкі дисперсиясына ықпал етеді, қайта кристалдануды басады және қорытпаның икемділігін айтарлықтай жақсартады, сайып келгенде, экструзия процестеріндегі өнімділікті арттырады.
7xxx сериялы алюминий қорытпаларында сирек жер элементтері әдетте үш жолмен қосылады:
1. Сирек жер элементтері;
2.Zr және сирек жер элементтерінің қосындысы;
3. Zr, Cr және сирек жер элементтерінің қосындысы.
Сирек жер элементтерінің жалпы мөлшері әдетте 0,1-0,5 масса% шегінде бақыланады.
Сирек жер элементтерінің механизмдері
La, Ce, Sc, Er, Gd және Y сияқты сирек жер элементтері алюминий қорытпаларына бірнеше механизмдер арқылы ықпал етеді:
Дәнді тазарту: Сирек жер элементтері біркелкі таралған тұнбаларды құрайды, олар гетерогенді нуклеация орындары ретінде әрекет етеді, дендритті құрылымдарды тең осьті ұсақ түйіршіктерге айналдырады, бұл беріктік пен икемділікті жақсартады.
Сегрегацияны басу: Балқу және қатаю кезінде сирек жер элементтері элементтердің біркелкі таралуына ықпал етеді, эвтектикалық түзілуді азайтады және матрица тығыздығын арттырады.
Матрицаны тазарту: Y, La және Ce балқымадағы (O, H, N, S) қоспалармен әрекеттесіп, тұрақты қосылыстар түзе алады, газ құрамы мен қосындыларды төмендетеді, бұл қорытпаның сапасын арттырады.
Қайта кристалдану әрекетінің модификациясы: Кейбір сирек жер элементтері дислокация қозғалысын және астық шекарасының миграциясын тежей отырып, астық және астық шекараларын бекітеді. Бұл қайта кристалдануды кешіктіреді және термиялық өңдеу кезінде жұқа астыңғы құрылымдарды сақтайды, беріктігі мен коррозияға төзімділігін арттырады.
Негізгі сирек кездесетін жер элементтері және олардың әсері
Скандий (Sc)
Sc сирек жер элементтерінің ішіндегі ең кіші атом радиусына ие және сонымен бірге өтпелі металл болып табылады. Бұл деформацияланған алюминий қорытпаларының қасиеттерін арттыруда жоғары тиімді.
Алюминий қорытпаларында Sc когерентті Al₃Sc түрінде тұнбаға түсіп, қайта кристалдану температурасын жоғарылатады және дәннің іріленуін басады.
Zr-мен біріктірілгенде жоғары температураға тұрақты Al₃(Sc,Zr) бөлшектер түзіліп, тең осьті ұсақ түйіршіктер пайда болады және дислокация қозғалысы мен дән шекарасының миграциясына кедергі жасайды. Бұл беріктік, шаршауға төзімділік және кернеу-коррозия өнімділігін жақсартады.
Шамадан тыс Sc ірі Al₃(Sc,Zr) бөлшектеріне әкелуі мүмкін, бұл қайта кристалдану қабілетін, беріктігін және иілгіштігін төмендетеді.
Эрбиум (Er)
Er Sc сияқты әрекет етеді, бірақ үнемдірек.
7xxx сериялы қорытпалардағы сәйкес Er қоспалары дәндерді тазартады, дислокация қозғалысын және дән шекарасының миграциясын тежейді, қайта кристалдануды басады және беріктікті арттырады.
Zr-мен бірге қосылғанда Al₃(Er,Zr) бөлшектері түзіледі, олар тек Al₃Er-ге қарағанда термиялық тұрғыдан тұрақтырақ, қайта кристалданудың жақсы басылуын қамтамасыз етеді.
Шамадан тыс Er беріктігі мен икемділігін төмендететін Al₈Cu₄Er фазаларын тудыруы мүмкін.
Гадолиний (Gd)
Орташа Gd қосындылары дәндерді тазартады, беріктік пен икемділікті арттырады және матрицадағы Zn, Mg және Cu ерігіштігін арттырады.
Алынған Al₃(Gd,Zr) фазасы дислокациялар мен астыңғы түйіршіктер шекараларын бекітіп, қайта кристалдануды басады. Астық бетінде де белсенді қабық түзіліп, дәннің өсуін одан әрі шектейді.
Шамадан тыс Gd дәннің іріленуіне және механикалық қасиеттерінің нашарлауына әкелуі мүмкін.
Лантан (La), церий (Ce) және иттрий (Y)
La дәндерді тазартады, оттегінің мөлшерін азайтады және өсуді тежеу үшін дән беттерінде белсенді қабықша түзеді.
La және Ce GP аймағы мен η′ фазалық жауын-шашынға ықпал етеді, матрицаның беріктігін және коррозияға төзімділігін арттырады.
Y матрицаны тазартады, негізгі легирленген элементтердің қатты ерітіндіге еруіне кедергі келтіреді, нуклеацияға ықпал етеді және дән шекаралары мен ішкі бөліктер арасындағы потенциалдық айырмашылықтарды азайтып, коррозияға төзімділікті арттырады.
Шамадан тыс La, Ce немесе Y икемділік пен беріктікті төмендететін ірі блокты қосылыстарға әкелуі мүмкін.
Негізгі сирек жер элементтерінің қасиеттері және олардың алюминийдегі сипаттамалары
Жіберу уақыты: 21 тамыз 2025 ж
