Спроведена су опсежна истраживања о додавању елемената ретких земаља (REE) у легуре алуминијума серије 7xxx, 5xxx и 2xxx, показујући значајне ефекте. Конкретно, легуре алуминијума серије 7xxx, које садрже више легирајућих елемената, често доживљавају јаку сегрегацију током топљења и ливења, што доводи до формирања значајних количина еутектичких фаза. Ово смањује жилавост и отпорност на корозију, угрожавајући укупне перформансе легуре. Уградња елемената ретких земаља у високо легиране легуре алуминијума може рафинисати зрна, сузбити сегрегацију и пречистити матрицу, чиме се побољшава микроструктура и укупна својства.
Недавно је пажњу привукла врста суперпластичног рафинера зрна. Ови рафинери користе ретке земне елементе као што су La и Ce како би побољшали слабљење граница зрна и подзрна. Ово не само да рафинише зрна већ и подстиче равномерну дисперзију талога, сузбија рекристализацију и значајно побољшава дуктилност легуре, што на крају повећава продуктивност у процесима екструзије.
У легурама алуминијума серије 7xxx, реткоземни елементи се генерално додају на три начина:
1. Само ретки земни елементи;
2. Комбинација Zr и елемената ретких земаља;
3. Комбинација Zr, Cr и елемената ретких земаља.
Укупан садржај елемената ретких земаља се обично контролише у границама од 0,1–0,5 тежинских процената.
Механизми ретких земних елемената
Ретки земни елементи као што су La, Ce, Sc, Er, Gd и Y доприносе легурама алуминијума кроз вишеструке механизме:
Пречишћавање зрна: Реткоземни елементи формирају равномерно распоређене талоге који делују као хетерогена места нуклеације, претварајући дендритичне структуре у једнакоосна фина зрна, што побољшава чврстоћу и дуктилност.
Сузбијање сегрегације: Током топљења и очвршћавања, реткоземни елементи подстичу равномернију расподелу елемената, смањују формирање еутектике и повећавају густину матрице.
Пречишћавање матрице: Y, La и Ce могу реаговати са нечистоћама у растопу (O, H, N, S) формирајући стабилна једињења, смањујући садржај гаса и инклузија, што побољшава квалитет легуре.
Модификација понашања рекристализације: Одређени елементи ретких земаља могу да блокирају границе зрна и подзрна, инхибирајући кретање дислокација и миграцију граница зрна. Ово одлаже рекристализацију и чува фине подзрнасте структуре током термичке обраде, побољшавајући и чврстоћу и отпорност на корозију.
Кључни ретки земни елементи и њихови ефекти
Скандијум (Sc)
Sc има најмањи атомски радијус међу реткоземним елементима и такође је прелазни метал. Веома је ефикасан у побољшању својстава деформисаних легура алуминијума.
У легурама алуминијума, Sc се таложи као кохерентни Al₃Sc, повећавајући температуру рекристализације и сузбијајући грубљење зрна.
Када се комбинују са Zr, формирају се честице Al₃(Sc,Zr) стабилне на високим температурама, које подстичу стварање финих зрна са једнаким осама и спречавају кретање дислокација и миграцију граница зрна. Ово побољшава чврстоћу, отпорност на замор и перформансе корозије под напоном.
Прекомерна количина Sc може довести до крупних честица Al₃(Sc,Zr), смањујући способност рекристализације, чврстоћу и дуктилност.
Ербијум (Er)
Ер делује слично као Сц, али је исплативији.
У легурама серије 7xxx, одговарајући додаци Er рафинишу зрна, инхибирају кретање дислокација и миграцију граница зрна, сузбијају рекристализацију и повећавају чврстоћу.
Када се дода са Zr, формирају се честице Al₃(Er,Zr), које су термички стабилније од самог Al₃Er, што обезбеђује боље сузбијање рекристализације.
Прекомерни Er може произвести фазе Al₈Cu₄Er, смањујући и чврстоћу и дуктилност.
Гадолинијум (Gd)
Умерени додаци Gd рафинишу зрна, повећавају чврстоћу и дуктилност и побољшавају растворљивост Zn, Mg и Cu у матрици.
Добијена Al₃(Gd,Zr) фаза учвршћује дислокације и границе подзрна, сузбијајући рекристализацију. Активни филм се такође формира на површинама зрна, што додатно ограничава раст зрна.
Прекомерна количина Gd може изазвати грубљење зрна и погоршање механичких својстава.
Лантана (La), церијума (Ce) и итријума (Y)
Ла рафинише зрна, смањује садржај кисеоника и формира активни филм на површини зрна како би инхибирао раст.
La и Ce подстичу таложење GP зоне и η′ фазе, побољшавајући чврстоћу матрице и отпорност на корозију.
Y пречишћава матрицу, спречава растварање главних легирајућих елемената у чврстом раствору, подстиче нуклеацију и смањује потенцијалне разлике између граница зрна и унутрашњости, повећавајући отпорност на корозију.
Прекомерна количина La, Ce или Y може довести до грубих блоковских једињења, која смањују дуктилност и чврстоћу.
Особине главних ретких земних елемената и њихове карактеристике у алуминијуму
Време објаве: 21. август 2025.
