Harvinaisten maametallien vaikutus magnesiumseosten mekaanisiin ominaisuuksiin
Magnesiumilla ja sen seoksilla on tällä hetkellä kevyimpinä metallirakennemateriaaleina etuja, kuten alhainen tiheys, korkea ominaislujuus ja jäykkyys, hyvä vaimennus, hyvä lämmönjohtavuus, erinomainen työstettävyys, vakaa osakoko ja helppo kierrätys. Niitä käytetään laajalti sellaisilla aloilla kuin ilmailu, ilmailu, autoteollisuus, kuljetus, elektroniikka, viestintä ja tietokone.
Riittämättömien mekaanisten ominaisuuksien ja heikon korroosionkestävyyden vuoksi magnesiumseosten laajaa käyttöä tuotannossa ja jokapäiväisessä elämässä on rajoitettu. Kuitenkin, kun pieni määrä harvinaisia maametallia lisätään, magnesiumseosten erilaisia ominaisuuksia voidaan parantaa huomattavasti. Harvinaiset maametallit sijaitsevat jaksollisen järjestelmän IIIB-ryhmässä. Atomien uloin elektronirakenne on sama, molemmissa on kaksi elektronia, kun taas toinen ulompi elektronirakenne on samanlainen. Elektronien lukumäärä 4f-kiertoradalla kolmannesta viimeiseen kerrokseen vaihtelee välillä 0 - 14; Kemialliset ominaisuudet eivät eroa merkittävästi, ja ne ovat kaikki erittäin aktiivisia. Sekä magnesiumseoksilla että harvinaisilla maametallialkuaineilla on tiheä kuusikulmainen kiderakenne, joten harvinaisten maametallien liukoisuus magnesiumseoksiin on korkea. Sc:tä lukuun ottamatta muut 16 harvinaisen maametallin alkuainetta voivat muodostaa eutektisia faaseja Mg:n kanssa, ja useimmilla harvinaisten maametallien alkuaineilla on korkea kiintoaineliukoisuus Mg:hen.
Harvinaisten maametallien vaikutus Mg-lejeeringin puhdistukseen ja rakeiden jalostukseen
Magnesiumilla on aktiivisia kemiallisia ominaisuuksia, ja se on taipuvainen reagoimaan O2:n ja H2O:n kanssa muodostaen MgO:ta, mikä johtaa oksidisulkeutumien läsnäoloon magnesiumseoksissa, mikä heikentää magnesiumseosten laatua ja suorituskykyä. Magnesiumlejeerinkivalujen matriisissa tai raerajoissa on yleensä hapettuneita sulkeumia, jotka aiheuttavat seoksessa väsymishalkeamia ja heikentävät mekaanisia ja korroosionkestävyysominaisuuksia. Harvinaisten maametallien lisääminen ei voi vain vähentää sulkeumien määrää, vaan myös parantaa raekokoa ja parantaa seoksen suorituskykyä.
Kun harvinaista maametallia Ce lisätään AM50-magnesiumseokseen, Ce:llä on rooli seoksen puhdistamisessa vähentäen epäpuhtauksia, kuten Fe ja Ni. Y:n lisääminen voi pienentää suulakepuristetun Mg Zn Zr -lejeeringin raekokoa, ja raekoko, joka ei sisällä, voi pienentyä 14,2 μm:stä 3,2 μm:iin, pudota 3 %:iin (massaosa). Pudotus on peräti 77 prosenttia.
1. Harvinaisten maametallien vaikutus Mg-lejeeringin mekaanisiin ominaisuuksiin
1,1 Mg Al RE -järjestelmä
Mg Al -sarjan magnesiumseokset ovat tällä hetkellä monipuolisin ja laajimmin käytetty magnesiumseossarja. Mg Al -sarjan magnesiumseoksiin lisätyt harvinaiset maametallit sisältävät pääasiassa Ce-, Y-, Nd- jne. Mg Al -pohjaisia seoksia, joissa ei ole harvinaisten maametallien alkuaineita, ovat pääasiassa - Mg-dendriitit ja intermetalliset yhdisteet, jotka jakautuvat dendriittien välillä - Mg17Al12-faasi; Ja kun harvinaisia maametallielementtejä lisätään Mg-3% Al-pohjaisiin seoksiin, - Mg-dendriitit hienonevat, metallien väliset yhdisteet - Mg17Al12-faasi korvataan Al11RE3:lla ja A12RE:llä.
Al11RE3-vaihe on periaatteessa vakaa 200 asteessa. Kun lämpötila jatkaa nousuaan, Al11RE3-faasi muuttuu Al2RE-faasiksi. Tämä osoittaa myös, että Al11RE3:n stabiilius on ehdollinen.
Harvinaisten maametallien lisäyksen jälkeen lejeeringin lujuus kasvaa sekä huoneenlämpötilassa että 200 asteessa, venymä pysyy suhteellisen korkealla tasolla. Lujuuden kasvu harvinaisten maametallien lisäämisen jälkeen voi liittyä seuraaviin tekijöihin: Ensinnäkin suuren metallienvälisen yhdisteen Al11RE3 muodostuminen on merkittävässä roolissa dendriittirajojen vahvistamisessa; Toiseksi harvinaisten maametallien lisääminen jalosti dendriittisiä käsivarsia ja edisti vahvuuden paranemista; Lopuksi harvinaisten maametallien, erityisesti Y:n, lisääminen lisää Mg-matriisin lujuutta kiinteän liuoksen vahvistamisen kautta.
1.2 Mg-Zn-RE järjestelmä
Mg Zn -pohjaisia seoksia käytetään laajalti muotoutuneissa magnesiumseoksissa ja niillä on hyvä vanhenemiskyky. Mg Zn -seoksiin on lisätty monenlaisia harvinaisten maametallien alkuaineita, kuten Y, Er, Gd, Nd, Ce jne. Harvinaisten maametallien lisäämisen jälkeen lejeeringin mekaaniset ominaisuudet paranevat, koska harvinaiset maametallit voivat jalostaa raekokoa ja muotoa vahvistavia vaiheita lejeeringissä, mikä parantaa lejeeringin lujuutta.
Harvinaisten maametallien Ce ja Gd lisääminen valetuun Mg-3.8Zn-2.2Ca-seokseen johti vetolujuuden kasvuun 123,8 MPa:sta 146,1 ja 130,6 MPa:iin ja venymän kasvun 2,4 %:sta. 3,5 prosenttiin ja 2,9 prosenttiin.
Pelkästään harvinaisten maametallien lisäämisen tutkiminen valuseoksiin ei voi täyttää metalliseosten lujuusvaatimuksia. Yhä useammat tutkijat alkavat tutkia muodonmuutoksen ja harvinaisten maametallien lisäämisen kaksoisvaikutuksia seoksen ominaisuuksiin. Valettujen ja suulakepuristettujen Mg{{0}}.0Zn-0.9Y-0.16Zr-seosten vertaileva tutkimus paljasti merkittävän parannuksen mekaanisissa ominaisuuksissa suulakepuristuksen jälkeen, vetolujuuden ja myötörajan osalta. , ja venymä kasvoi 168105 MPa:sta ja 1,8 %:sta 363317 MPa:iin ja 12 %:iin. Mekaanisten ominaisuuksien parantuminen johtuu jyvän jalostuksen vaikutuksesta lejeeringin suulakepuristuksen jälkeen. Mg-6Zn-1Mn-0.5Ce-seoksen mekaanisia ominaisuuksia on myös parannettu suulakepuristuksen jälkeen, myötöraja on kasvanut 209 MPa:sta 232 MPa:iin, vetolujuus pysyi periaatteessa ennallaan. venymä kasvoi 11,5 %:sta 14,7 %:iin. Verrattuna valutettuun M-12Zn-1.5Er-seokseen, suulakepuristetun lejeeringin mekaaniset ominaisuudet ovat parantuneet merkittävästi.
1,3 Mg Li RE -järjestelmä
Mg Li -seos on kevyin magnesiumseossarja. Harvinaisten maametallien lisäämisen jälkeen Mg Li -lejeeringin mekaaniset ominaisuudet paranevat kiinteällä liuosvahvistuksella ja pienten ja hajaantuneiden metallien välisten yhdisteiden muodostumisella. Mg Li -seoksiin on lisätty monen tyyppisiä harvinaisten maametallien alkuaineita, kuten Y, Ce, Nd jne.
Harvinaisten maametallien lisääminen Mg-5Li-3Al-2Zn-seokseen johtaa Al2RE- tai Al3RE-faasien muodostumiseen ja AlLi-faasien vähenemiseen. Harvinaisten maametallien lisäyksen myötä lejeeringin vetolujuus kasvaa lisäyksen määrän kasvaessa. Kuitenkin, kun lisäysmäärä ylittää 1,5 % (massaosa), vetolujuus heikkenee. Venymän muutostrendi on sama kuin vetolujuuden trendi. Kun lisäysmäärä on 1,5 % (massaosa), Mg-5Li-3Al-2Zn-1.5RE on optimaalinen vetolujuus ja venymä, jotka ovat 206,5 MPa ja 14,4 prosenttia.
Nd voi myös parantaa seosten vetolujuutta ja venymää. Kun Nd-pitoisuus on 2.0% (massaosa), Mg-8Li-3Al-seoksen vetolujuus saavuttaa huippunsa 185,95 MPa ja kun Nd-pitoisuus on 1,6 % (massaosa), venymä saavuttaa huippunsa 16,3 %. Mekaanisten ominaisuuksien parantuminen johtuu Nd-lisäyksen vähenemisestä. Vaiheen koko ja uuden vaiheen Al2Nd jakautuminen vaiherajan rajoituslipussa. BinJiang et ai. tutki Ce:n ja Y:n vaikutuksia Mg-8Li-2Zn-seoksen ominaisuuksiin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että 0,5 % (massaosa) Ce:tä ja Y:tä lisäämällä Mg-8Li-2Zn-seokseen voi parantaa lujuutta, ja samoissa olosuhteissa Y:n vaikutus on merkittävämpi kuin Ce. 0,5 % (massaosuus) Y:n lisäys lisäsi samanaikaisesti Mg-8Li-2Zn-seoksen venymää, kun taas Ce vähensi venymää.
1.4 Muut
Mg-4Y-4Sm-0.5Zr-seoksen vetolujuus ja myötölujuus heikkenevät hieman ekstruusiolämpötilan noustessa; Päinvastoin, ekstruusiolämpötilan noustessa vanhenemisen jälkeen vetolujuus ja myötölujuus kasvavat. Kun lejeerinkiä vanhennetaan 200 asteessa 16 tuntia, 400 asteessa suulakepuristetulla seoksella on optimaaliset mekaaniset ominaisuudet, jonka vetolujuus on 400 MPa, myötöraja ylittää 300 MPa ja venymä 7 %. 14 ekstruusiopuristusjakson jälkeen Mg-10Gd-2Y-0.5Zr-seoksen myötölujuus, vetolujuus ja venymä kasvoivat 20 %, 8,2 % ja 150 %. vastaavasti.
Harvinaisen maametallin Ce:n lisääminen M-3Sn-2Ca-seokseen voi parantaa merkittävästi seoksen mekaanisia ominaisuuksia, kun Ce-pitoisuus saavuttaa 1,5 % (massaosuus) tai enemmän. Kun Ce-pitoisuus on 2 % (massaosa), vetolujuuden, myötörajan ja venymän kasvu huoneenlämpötilassa on 24,4 %, 28,6 % ja 73,7 %. Lisäys 150 asteessa on 22,4 %, 28,8 % ja 56 %.
Harvinainen maametalli Y voi myös parantaa metalliseosten lujuutta. Kun lisäysmäärä on 1,5 % (massaosuus), lejeeringin mekaaniset ominaisuudet ovat optimaaliset: vetolujuus, myötöraja ja venymä huoneenlämpötilassa ovat vastaavasti 150, 137 MPa ja 3,2 %, lisäysten ollessa 18,1 %, 22,3 % ja 68,4 %. Vastaavat lisäykset 150 asteessa ovat 19,8 %, 24 % ja 54,9 %. ChengWeilin tutkimuksessa havaittiin myös, että Ce voi parantaa Mg-5Sn-4Zn:n mekaanisia ominaisuuksia.
HNRE valmistaa kaikkia yllä mainittuja harvinaisten maametallien magnesiumseoksia, joista osa on melko suosittuja, kuten Mg-Gd, Mg-Nd, Mg-Zr, Mg-Ce, Mg-Y, Mg-Er pääseokset. Kaikki komponentit ja suhteet voidaan räätälöidä asiakkaan vaatimusten mukaan.