【转帖】稀土铝合金。。。论坛编辑器bug，长文章有问题

groyne

德国在二战期间就研制了四种稀土铝合金用于制造发动机、内燃机的复杂零件。

我国始于20 世纪60 年代, 虽然起步较晚, 但发展速度相当快, 目前稀土铝合金的年产量已超过原铝年产量的1/ 10 , 从铸造合金到变形合金, 从1

系到7 系, 从高精尖的导弹用铝合金到普通的日用铝制品, 从重达吨级铝电缆、铝母排, 到轻至铝箔, 可以说稀土在铝和铝合金中应用相当广泛。

1　稀土提高铝及铝合金综合力学性能

铝及铝合金加入适量的稀土, 可使其强度、硬度、伸长率、断裂韧度和耐磨性能等综合力学性能提高。

如：铸铝ZL10 系合金中加入0. 3%RE,其由205. 9MPa 提高到274MPa, HB 由80 提高到108 。

而Sc 改善合金性能尤为明显( 7005 合金加入0. 42% 的Sc, 其由314MPa 增加到414MPa, 0. 2由282MPa 增加到378MPa, 塑性由6. 8%增加到10. 1% , 而且高温稳定性显著增强) 。

2　提高合金的超塑性

如：Al-6Mg-0. 5Mn 合金中加入0. 14% ～0. 64%La, 其超塑性从430% 增加到800%～1000%。

3　减小合金的热膨胀系数, 增加合金的导热性能

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铸造铝- 硅系共晶合金中添加1% ～1. 5%混合稀土, 高温强度提高了33%; 高温持久强度( 300℃、1000 小时) 提高了44% , 而且显著地提高了

耐磨性和高温稳定性。

Al-RE 系合金具有很好的耐热性能, 经适当合金化后可在400℃以下工作( 其它铝合金的使用温度一般不超过300℃) 。快速凝固的Al-8. 4%Fe-

3. 4%Ce 合金, 可以在673K 以下长时间工作, 大大提高了铝合金的使用工作温度。

4　对合金光学性能的影响

稀土加入铝合金会使其表面氧化膜结构发生变化, 使其表面光亮、美观。

稀土在0. 12% ～0. 25% 之间, 未氧化着色的稀土6063 型材的反射率高达92%  。

Al-Mg 系光亮铸造铝合金中添加0. 1%～0. 3%( 质量分数) 稀土可使合金获得最好的表面光洁度和光泽持久性 。

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5　提高电导率
高纯铝中添加稀土对导电性有害, 但在工业纯铝和Al-Mg-Si 导电合金中添加适量的稀土, 电导率却可以得到一定程度的提高。
现在中国生产的稀土铝电线电缆的导电性能略高于国际电工委员会标准, 而且强度提高20% , 耐磨性能提高数倍, 耐腐蚀性能明显提高。


6　提高材料的电容
高纯铝中添加微量稀土, 制成Al- RE 箔电容器,用于25kV 产品中, 电容指标提高1 倍, 单位体积容量提高5 倍, 重量减轻47%, 电容器体积显著减小。


7　提高合金的耐腐蚀性能
Al-Mg-Si 合金中添加适量稀土, 其表面的抗均匀腐蚀和耐酸腐蚀性能均有提高, 在3% NaCl 溶液中浸泡24 小时, 不含稀土的材料失重为21. 87×
10- 7g / cm2•h, 而稀土含量为0. 21% 时, 其失重为2. 77×10- 7g / cm2•h, 均匀腐蚀重量降低了7. 8 倍。
RE 在铝中加入量与在5%NaCl 盐水中的耐腐蚀性如图5 所示, 铝中RE 加入量为0. 1% ～0. 5%( 质量分数) 时, 腐蚀深度较纯铝低, 加入量为0. 3%( 质量分数) 的耐蚀性最好。
RE 在铝中加入量与人造海水耐腐蚀性, 铝中RE 加入量为0. 1%～0. 5%( 质量分数)时, 腐蚀深度明显降低, 随着加入量增加, 腐蚀深度
增加, RE 的适宜加入量为0. 1%( 质量分数) 左右。


8　提高合金的焊接性能
钪可降低焊接裂缝形成的倾向性, 提高铝合金的可焊性。6061 合金的帕特奇焊接试验表明: 常规6061 合金的裂缝总长为32mm ～ 43mm, 而含钪6061 合金则观察不到裂缝[ 28, 2 9] 。Al-4. 78% Zn-2. 15Mg-0. 38Sc 合金的焊接接头强度可达515MPa, 焊接件沿基体断裂, 焊接强度系数高达0. 97～1. 0( 一般铝合金的焊接强度系数只有0. 8) 。此外, 焊接Al-Si 合金中添加适量的稀土可提高焊接区的浸润性和光亮度 。


9　改善合金的铸造性能
ZL101 中, 加入0. 13%的混合稀土, 合金流动性试样长度从450mm 增加到760mm; ZL104 中, 加入适量的稀土使液相线下移, 合金的表面张力降低。
Al-Cu 合金中加入适量的稀土, 流动性可提高1. 73 倍, 而且线收缩率降低22% ～27% , 热裂倾向明显降低, 消除针孔、气孔和疏松等缺陷, 提高
铸件的成品率。


10　改善合金的加工性能
工业纯铝中加入适量的稀土, 其平均屈强比降低, 平均硬化指数和平均均匀延伸率升高, 合金极限变形程度增大, 冲压性能得到改善。某些变形铝合金中添加适量的稀土可取消均匀化工序或大幅缩短退火时间。

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　稀土对铝及铝合金作用的机理


1　净化作用
稀土的净化作用表现为明显减少铝液中的含氢量, 降低铸件针孔率和孔隙度, 减少铝液中的夹杂物, 降低铝液中的有害元素等。
铝合金在熔铸过程中, 大量的气体和氧化夹杂溶入铝液( 其中主要是氢、氧和氮) , 使铸件产生针孔和夹杂, 降低铝的强度。
铝液中的氢和氧化物夹杂来自于铝液和水汽的反应。熔炼时, 铝液与水汽发生如下反应:
Al( l)+ 3/ 2H2O(g )= 1/ 2- Al2O3( s )+ 3[ H]

生成大量的H 和A l2O3夹杂。

夹杂物能吸附水分和气体, 当夹杂物进入铝液时, 将他们带入, 并发生铝- 水汽反应, 铝液中含Al 2O3后, 会增加铝液的含氢量, 而且很难除去。当铝液冷却时, 夹杂物提供了气体析出的形核界面, 促使气体析出。因此, 即使气体含量不高, 也会产生气孔。

实践证明, 稀土具有良好的减少氧化夹杂的作用。其机理还有待于进一步的研究。

稀土与氢有较大的亲和力, 能大量吸附和溶解氢, 稀土与氢生成的化合物熔点较高, 不会聚集形成气泡, 使铝的含氢量和针孔率明显降低。稀土与氮生成难溶化合物, 在熔炼过程中, 大部分以渣的形式排除。

稀土极易与硫、磷、锑、砷等元素化合, 生成化合物的熔点较高、密度小, 易于上浮成渣, 其中的微小质点, 则成为铝结晶过程的异质晶核。

2　变质及细化晶粒作用

稀土变质及细化作用主要表现在细化晶粒及枝晶, 抑制铝合金中粗片状富铁相( T 2 相) 出现, 使原晶内分布的粗大块状相消失, 形成球状相, 晶界处条状及碎块状化合物明显减少。

铝是面心立方结构, 稀土为密排六方结构, 故稀土在铝及铝合金中固溶度较小, 大部分稀土富集在晶界处, 在凝固过程中, 稀土聚集在固- 液界面前沿, 增大该处的成分过冷, 从而使合金的二次枝晶间距缩小。

另一方面, 稀土原子半径( 0. 174nm ～ 0. 204nm ) 比铝( 0. 143nm ) 和硅( 0. 12nm) 大, 稀土固溶到铝和硅相中形成置换式固溶体使晶格扭曲成位错, 加之凝固时造成固液界面前沿稀土原子的富集, 溶液浓度不均匀也导致位错产生, 位错密度超过一定值后, 促使硅由光滑界面转变为粗糙界面方式长大, 导致晶粒细化。

稀土电负性( 1. 10～1. 36) 较大, 比较活泼, 它溶于铝液中, 极易填补合金相的表面缺陷, 从而降低新旧两相界面上的表面张力, 使得晶核生长的速度增大, 同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜, 阻止生成的晶粒长大, 使合金的组织细化。

同时稀土与一些杂质元素的亲合作用较大, 能与杂质生成金属间化合物或非金属化合物, 它们偏聚在晶界上, 加大了过冷度, 具有细化晶粒的作用; 同时可以改变铝合金组元Si、Fe、Cu、Mg 等的形态, 减少针状晶, 增加球状晶。

3　合金化作用

稀土在铝合金中主要以3 种形式存在: 固溶在基体 (A l) 中; 偏聚在相界、晶界和枝晶界; 固溶在化合物中或以化合物形式存在。

当稀土含量较低时, 稀土主要以前2 种形式分布。固溶在基体( A l) 中的稀土起到了有限固溶强化的作用; 偏聚在相界、晶界和枝晶界处的稀土则增加了变形阻力, 促进位错增殖, 而且二次枝晶间距有可能细化, 使强度提高; 稀土沿枝晶和晶界分布, 形成连续和不连续的网膜, 提高了铝合金晶界强度和抗蠕变能力, 使晶间裂纹不易扩展, 进而提高合金的热强性。稀土还使铝合金腐蚀电位变正, 增大电化学反应的电阻, 从而提高铝合金的耐蚀性。

稀土加入量足以形成金属间化合物时, 与合金中的元素形成许多新相, 大部分含稀土的第二相都出现了粒子化、球化和细化的特征, 这些呈弥散分布的高熔点化合物具有很好的热稳定性与耐热性。同时稀土与杂质形成化合物并在晶界析出, 改变了杂质原来的固溶存在方式, 消除了分布在晶界处微量杂质的有害作用的同时, 又强化稳定了晶界, 延缓合金元素在高温下的扩散速度, 提高了合金的耐热性和高温性能。

groyne

这个论坛程序的编辑器太弱智了

遇到不能识别的希腊字母就中断了，也不提示，文章就此只能发表半截。

字符数不知是怎么计算的，word里统计字符是3690个，到这个论坛编辑器里就成了13000多个字符了。

stephen

额。。。。。。。。这还是灌水区么？