yeni nesil yüksek performanslı alüminyum alaşım - alüminyum -scandium alaşımı

【özet】: alüminyum alaşımı, ulusal ekonomik inşaat ve güvenlik için önemli bir mühendislik materyalidir. dünyanın alüminyum alaşım malzemeleri, havacılık ve bazı özel endüstriyel sektörler gibi askeri endüstrilerin ihtiyaçlarını karşılamanın yanı sıra, farklı koşulları ve kullanımları karşılayabilen çeşitli özelliklere ve işlevlere sahip bir dizi yeni sivil alüminyum alaşım malzemesinin de geliştirilmesinin yanı sıra, yüksek güç ve yüksek tokluk gibi yüksek performanslı yönlere doğru geliştikçe. alüminyum, düşük yoğunluk ve maliyeti nedeniyle havacılık ve uzay mühendisliği için uzun zamandır önemli bir temel materyal olmuştur. bununla birlikte, saf alüminyumun performansı, birçok kez güç, tokluk ve korozyon direnci için havacılık malzemelerinin gereksinimlerini karşılayamaz, bu nedenle insanlar alüminyum malzemelerin performansını iyileştirmek için saf alüminyuma çeşitli alaşım elemanları eklemeye çalışırlar. bununla birlikte, şimdiye kadar, çin'de yüksek performanslı alüminyum alaşımlarının hazırlanması için bazı önemli teknolojilerin atılımları yoktur. birçok anahtar model için gerekli olan yüksek performanslı alüminyum alaşım malzemeleri hala ithalata dayanmaktadır. yüksek performanslı alüminyum alaşımlarının araştırılması ve geliştirilmesi daha da geliştirilmeli ve alüminyum skandyum alaşımları üzerine yapılan araştırmalar alüminyum alaşımlarına yeni fırsatlar getirdi!

1. alüminyum-scandium alaşımının genel görüşü

scandium, element sembolü sc, atom sayısı 21, periyodik tablonun dördüncü dönemindeki ilk geçiş elemanıdır ve grup iiib'ye aittir. alüminyum, element sembolü al, periyodik tablodaki atom sayısı 13, grup iiia'da 2,7g/cm³ nispi yoğunluğu, 660 ℃ erime noktası ve 2327 ℃ kaynama noktası olan metal bir elementtir.

şekil 1 scanuma giriş

çin, alüminyum endüstrisinin en büyük üreticisi ve tüketicisi oldu, ancak hala alüminyum endüstri zincirinin orta ve alçak ucunda. bağımsız olarak geliştirilen birkaç üst düzey alaşım malzemesi vardır ve üst düzey ürünler büyük ölçüde ithalatlara dayanmaktadır. al-cu ve al-zn serileriyle temsil edilen üst düzey döküm alüminyum alaşımları, yüksek mukavemet ve iyi döküm performansı gibi dikkate değer özelliklere sahiptir. bununla birlikte, nadir elementlerin kullanım maliyeti biraz yüksektir ve alüminyum alaşımlarının uygulanmasını sınırlar. 1990'lardan bu yana rusya, şu anda dünya alüminyum-skandyum alaşım pazarında önde gelen alüminyum-skandiyum alaşımlarının geliştirilmesine büyük yatırım yaptı, 10 serisi ve 40 dereceli alüminyum-skandyum alaşımları ve ai-mg-sc, ai-zn-mg-sc, ai-mg-sc, ai-mg-mg-sc, ai-mg-sc-sc, ai-mg-sc-sc, ai-mg-sc-sc oluşturdu. ai-cu-mg-sc serisi deforme olmuş alüminyum alaşımlar ve skandiyum içeriği sadece% 0.18 ila% 0.5'tir. çin, alüminyum-skandyum alaşımlarının geliştirilmesine geç başladı ve şu anda sadece iki sınıfa sahip, bu da rusya ile karşılaştırıldığında büyük bir boşluk.

2020'de, dünyanın sc rezervleri yaklaşık 2200kt'dir, bunların% 90'ı ila% 95'i boksit, fosforit ve ilmenitte, esas olarak rusya ve çin'de dağılmıştır. saf sc, hafif sarı bir renk tonu ile gümüş beyazdır ve metalik bir parlaklığa sahiptir. oldukça yumuşaktır ve tavlama yapmadan ince tabakalara yuvarlanabilir. sc miktarı ve bileşikleri büyük olmasa da, uygulama alanları çok geniştir, demiryolu metal alaşım malzemeleri, elektrikli ışık kaynaklı malzemeler, hassas seramikler, katı elektrolitler, katalitik malzemeler, nükleer endüstri malzemeleri, lazer kristalleri, yarı iletkenler ve süper-iletken malzemeler gibi tüm malzemelerin tüm alanlarını içerir.

tablo 1 çin'de büyük skandiyum içeren minerallerin dağılımı

kaynak: çin'in skandiyum cevheri kaynaklarına ve endüstriyel kalkınma önerilerine genel bakış

al-sc alaşımlarının araştırma geliştirme ve uygulanması açısından, eski sovyetler birliği ve rusya ön plandadır ve uçak yapılarında yaygın olarak kullanılan 1420 alaşımı gibi mükemmel performansa sahip bir dizi alüminyum skandyum alaşım geliştirmiştir; 1421 alaşımı, sc içeren bir al-mg-li-zr-sc alaşımıdır ve ekstrüde edilmiş profiller, taşıma uçak gövdelerinin uzunlamasına kirişlerini üretmek için kullanılmıştır ve iyi karşılanmıştır.

şekil 2 alüminyum-skandyum alaşım plakası

scandium'un alüminyum alaşımı üzerindeki etkileri

i̇ngiltere'deki brunel üniversitesi'nden bir bilim adamı olan dg eskin'in araştırmasına göre sc, alüminyum ve alüminyum alaşımları için en iyi rafinerdir ve en büyük iyileştirme etkisine sahiptir. sc ve y ve la serisinin 15 elemanları, eleman döneminin iii b grubuna aittir. ana kimyasal özellikleri y ve la serisi elemanlarına benzer ve aynı oksidasyon durumuna sahiptirler. kafes sabiti, yoğunluğu ve skandiyumun bazı fiziksel ve mekanik özellikleri alüminyumunkine yakındır, bu da onu alüminyum alaşımları için ideal bir alaşım elemanı haline getirir. skandiyum yoğunluğu sadece 2.99 g/cm³'dir ve alüminyumla aynı hafif metale aittir. ayrıca, alüminyum alaşımları üzerinde diğer elementlerden çok daha fazla güçlendirme etkisi vardır. bir geçiş elemanı ve nadir toprak elemanı olarak, sadece dökme alaşım tanelerini önemli ölçüde geliştirmek, yeniden kristalleşme sıcaklığını arttırmak ve böylece alüminyum alaşımlarının mukavemetini ve dayanıklılığını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda alüminum alaşımlarının nötron radyasyon hasarına karşı kaynaklanabilirliği, ısı direncini, korozyon direncini, termal stabilite ve direnci önemli ölçüde iyileştirebilir. bu nedenle, alüminyum-skandyum alaşımı, havacılık ve gemiler için yeni nesil yüksek performanslı alüminyum alaşım yapısal malzeme olarak kabul edilir.

sc, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının tahıl arıtımı üzerinde büyülü bir etkiye sahiptir. sc'nin sadece birkaç binde bir eklenmesi, alüminyum ve alüminyum alaşımları üzerinde önemli bir tane arıtma etkisine sahip olan al3sc intermetalik faz üretecektir ve yüksek sıcaklık mukavemetini, yapısal stabilite, kaynaklanabilirlik ve korozyon direncini önemli ölçüde iyileştirir ve bu nedenle, uzun süreli yüksek sıcaklık çalışması sırasında kolayca ortaya çıkma sırasında kolayca ortaya çıkma, kolayca ortaya çıkması, bu nedenle, bulanık olarak kolayca ortaya çıkması.

az miktarda skandiyum, alüminyum alaşımlarının özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilir. scandium, alüminyum üzerinde iyi bir dispersiyon güçlendirme etkisine sahiptir ve sıcak işleme veya tavlama durumunda kararlı bir yeniden oluşturulmamış yapı korur. skandyumun yeniden kristalleşme üzerindeki inhibitör etkisi, kaynağın ısıdan etkilenen bölgesindeki yeniden kristalize edilmiş yapıyı ortadan kaldırabilir, böylece alüminyum-skandyum alaşımı içeren kaynaklı eklem daha yüksek mukavemete ve korozyon direncine sahiptir. aynı zamanda, alüminyum alaşımının skandiyum tarafından korozyon direncinin iyileştirilmesi, tanelerin iyileştirilmesinden ve skandiyum tarafından yeniden kristalleşme sürecinin inhibisyonundan kaynaklanmaktadır. scandium eklemek, alüminyum alaşımının iyi süper plastikliğe sahip olmasını sağlayabilir. superplastik tedaviden sonra, alüminyum alaşımının yaklaşık% 0.5 skandiyumla uzaması% 1100'e ulaşabilir. örneğin, alüminyum-skanyum alaşımının akma mukavemeti alüminyum-magnezyum alaşımından% 150 daha yüksektir ve aynı zamanda yoğunluk ve korozyon direncini koruyabilir. buna ek olarak, skandiyum ayrıca alaşım kaynaklı eklemlerin kalitesini arttırır, kaynak çatlamasını önler ve yorgunluk ömrünü%200 oranında artırır. bu nedenle, alüminyum-skandyum alaşımının havacılık, havacılık ve gemi inşa endüstrileri için yeni nesil hafif yapısal malzemeler haline gelmesi bekleniyor.

şekil 3 alüminyum-skandiyum alaşımlı kalıplı parçalar