een nieuwe generatie hoogwaardige aluminiumlegering - aluminium -scandiumlegering

【samenvatting】】: aluminiumlegering is een belangrijk technisch materiaal voor nationale economische constructie en veiligheid. naarmate het aluminiumlegering van de wereld ter wereld zich ontwikkelt naar krachtige richtingen zoals hoge sterkte en hoge taaiheid, naast het voldoen aan de behoeften van militaire industrieën zoals ruimtevaart en enkele speciale industriële sectoren, worden ook een reeks nieuwe civiele aluminium legeringsmaterialen ontwikkeld met verschillende eigenschappen en functies die kunnen voldoen aan verschillende omstandigheden en gebruik worden ook ontwikkeld. aluminium is al lang een belangrijk basismateriaal voor ruimtevaarttechniek vanwege de lage dichtheid en kosten. de prestaties van puur aluminium kunnen echter niet voldoen aan de vereisten van ruimtevaartmaterialen voor sterkte, taaiheid en corrosieweerstand bij vele gelegenheden, zodat mensen proberen verschillende legeringselementen toe te voegen aan zuiver aluminium om de prestaties van aluminium materialen te verbeteren. tot nu toe hebben enkele belangrijke technologieën voor de voorbereiding van krachtige aluminiumlegeringen in china geen doorbraken. de krachtige aluminiumlegeringsmaterialen die nodig zijn voor veel belangrijke modellen zijn nog steeds afhankelijk van de import. het onderzoek en de ontwikkeling van hoogwaardige aluminiumlegeringen moet verder worden verbeterd, en het onderzoek naar aluminium-scandiumlegeringen heeft nieuwe kansen gebracht aan aluminiumlegeringen!

1. overzicht van aluminium-scandiumlegering

scandium, elementsymbool sc, atoomnummer 21, is het eerste overgangselement in de vierde periode van de periodieke tabel en behoort tot groep iiib. aluminium, elementsymbool al, atoomnummer 13 in het periodiek systeem, is een metaalelement in groep iiia, met een relatieve dichtheid van 2,7 g/cm³, een smeltpunt van 660 ℃ en een kookpunt van 2327 ℃.

figuur 1 inleiding tot scandium

china is de grootste producent en consument van de aluminiumindustrie geworden, maar is nog steeds aan het midden- en low -end van de aluminium industriële keten. er zijn weinig high-end legeringsmaterialen onafhankelijk ontwikkeld en high-end producten zijn sterk afhankelijk van de invoer. high-end casting aluminiumlegeringen, vertegenwoordigd door al-cu en al-zn series, hebben opmerkelijke kenmerken zoals hoge sterkte en goede castingprestaties. de kosten voor het gebruik van zeldzame elementen zijn echter een beetje hoog, waardoor de toepassing van aluminiumlegeringen wordt beperkt. since the 1990s, russia has invested heavily in the development of aluminum-scandium alloys, currently in a leading position in the world aluminum-scandium alloy market, with 10 series and 40 grades of aluminum-scandium alloys, and has formed ai-mg-sc, ai-zn-mg-sc, ai-zn-mg-cu-sc, ai-mg-li-sc, and ai-cu-mg-sc-serie vervormde aluminiumlegeringen en het scandiumgehalte is slechts 0,18% tot 0,5%. china begon laat in de ontwikkeling van aluminium-scandiumlegeringen en heeft momenteel slechts twee graden, wat een grote kloof is in vergelijking met rusland.

in 2020 zijn de sc -reserves van de wereld ongeveer 2200kt, waarvan 90% tot 95% wordt gevonden in bauxiet, fosforiet en ilmeniet, voornamelijk verdeeld in rusland en china. pure sc is zilverwit met een lichte gele tint en heeft een metalen glans. het is vrij zacht en kan zonder gloeien in dunne vellen worden gerold. hoewel de hoeveelheid sc en zijn verbindingen niet groot zijn, zijn hun toepassingsgebieden erg breed, waarbij alle materialengebieden, zoals niet-ferrometalenlegeringsmaterialen, materialen voor elektrische lichtbron, precisiekeramiek, vaste elektrolyten, katalytische materialen, materialen van nucleaire industrie, laserkristallen, halfgeleiders en superconductiematerialen.

tabel 1 verdeling van grote scandium-bevattende mineralen in china

bron: overzicht van de chinese schandiumertsbronnen en suggesties voor industriële ontwikkeling

in termen van de onderzoeksontwikkeling en toepassing van al-sc-legeringen, staan ​​de voormalige sovjet-unie en rusland voorop en hebben ze een reeks aluminium-scandiumlegeringen ontwikkeld met uitstekende prestaties, zoals de 1420-legering, die op grote schaal is gebruikt in vliegtuigstructuren; de 1421-legering is een al-mg-li-zr-sc-legering die sc bevat, en de geëxtrudeerde profielen zijn gebruikt om de longitudinale stralen van de romp van transportvliegtuigen te produceren en zijn goed ontvangen.

figuur 2 aluminium-scandiumlegeringsplaat

effecten van scandium op aluminiumlegering

volgens het onderzoek van dg eskin, een wetenschapper aan de brunel university in het vk, is sc de beste raffinaderij voor aluminium- en aluminiumlegeringen en heeft het grootste verfijningseffect. sc en 15 elementen van de y en la -serie behoren tot de iii b -groep van de elementperiode. de belangrijkste chemische eigenschappen zijn vergelijkbaar met die van de y- en la -serie -elementen, en ze hebben dezelfde oxidatietoestand. de roosterconstante, dichtheid en sommige fysieke en mechanische eigenschappen van scandium liggen dicht bij die van aluminium, waardoor het een ideaal legeringselement is voor aluminiumlegeringen. de dichtheid van scandium is slechts 2,99 g/cm³ en behoort tot hetzelfde lichtmetaal als aluminium. bovendien heeft het een veel groter versterkende effect op aluminiumlegeringen dan andere elementen. als een overgangselement en zeldzaam aardelement, kan het niet alleen de gietlegeringskorrels aanzienlijk verfijnen, de herkristallisatietemperatuur verhogen en dus de sterkte en taaiheid van aluminiumlegloegen verbeteren, maar ook de lasbaarheid, hittebestendigheid, corrosieweerstand, thermische stabiliteit en resistentie tegen neutronbestraling schade van aluminium -aluminatiebeschadiging aanzienlijk verbeteren. daarom wordt aluminium-scandiumlegering beschouwd als een nieuwe generatie structureel materiaal voor aluminium legering voor ruimtevaart en schepen.

sc heeft een magisch effect op de graanverfijning van aluminium en aluminiumlegeringen. het toevoegen van een paar duizendste sc zal al3sc intermetallic-fase produceren, die een aanzienlijk korrelverfijningseffect heeft op aluminium en aluminiumlegeringen, en kan de hoge-temperatuursterkte, structurele stabiliteit, lasbaarheid, lasbaarheid, lasbaarheid, lasbaarheid, lasbaarheid, lasbeveiliging, lasbeveiliging, erom van de hele tijd en de prestaties van de aluminatie en de uitvoering van de aluminium en de uitvoering van de aluminum en de prestatie van de aluminatie en de prestaties van de graan en de uitvoering van de aluminatie en de prestaties en de prestaties van het korrel, en de langetermijnhoogte van de langetermijn en de prestaties en de prestaties ervan, aanzienlijk verbeteren.

een kleine hoeveelheid scandium kan de eigenschappen van aluminiumlegeringen aanzienlijk veranderen. scandium heeft een goed dispersie-versterkend effect op aluminium en handhaaft een stabiele niet-herhaalde structuur in de staat van hete verwerking of gloeien. het remmende effect van scandium op herkristallisatie kan de herkristalliseerde structuur in de warmte-aangetaste zone van de las elimineren, zodat het gelaste gewricht dat aluminium-scandiumlegering bevat een hogere sterkte en corrosiebestendigheid heeft. tegelijkertijd is de verbetering van de corrosieweerstand van aluminiumlegering door scandium ook te wijten aan de verfijning van korrels en de remming van het herkristallisatieproces door scandium. het toevoegen van scandium kan ook een aluminiumlegering ervoor zorgen dat een goede superplasticiteit heeft. na superplastische behandeling kan de verlenging van aluminiumlegering met ongeveer 0,5% scandium 1100% bereiken. de opbrengststerkte van aluminium-scandiumlegering is bijvoorbeeld 150% hoger dan die van aluminium-magnesiumlegering, en het kan tegelijkertijd dichtheid en corrosieweerstand handhaven. bovendien verhoogt scandium ook de kwaliteit van gelegde legeringsgebonden gewrichten, vermijdt het kraken van lassen en verhoogt het levensleven met 200%. daarom wordt verwacht dat aluminium-scandiumlegering een nieuwe generatie lichtgewicht structurele materialen wordt voor de ruimtevaart-, luchtvaart- en scheepsbouwindustrie.

figuur 3 aluminium-scandium legerings gegoten onderdelen