Et gouf extensiv Fuerschung iwwer d'Zousätz vu seltenen Äerdelementer (REEs) zu Aluminiumlegierungen aus der Serie 7xxx, 5xxx an 2xxx duerchgefouert, a bemierkenswäert Effekter gewisen. Besonnesch Aluminiumlegierungen aus der Serie 7xxx, déi verschidde Legierungselementer enthalen, erliewen dacks eng staark Segregatioun beim Schmelzen a Goss, wat zu der Bildung vu bedeitende Quantitéiten un eutektesche Phasen féiert. Dëst reduzéiert d'Zähegkeet an d'Korrosiounsbeständegkeet, wat d'Gesamtleistung vun der Legierung a Gefor bréngt. D'Integratioun vu seltenen Äerdelementer an héichlegéiert Aluminiumlegierungen kann d'Käre raffinéieren, d'Segregatioun ënnerdrécken an d'Matrix purifizéieren, wouduerch d'Mikrostruktur an d'Gesamteegeschafte verbessert ginn.
An der leschter Zäit huet eng Zort vu superplastesche Kärenraffinéierer Opmierksamkeet gewonnen. Dës Raffinerien notzen selten Äerdelementer wéi La a Ce fir d'Schwächung vun de Kären- a Subkärengrenzen ze verbesseren. Dëst raffinéiert net nëmmen d'Kären, mee fördert och eng gläichméisseg Verdeelung vun Nidderschléi, ënnerdréckt d'Rekristallisatioun a verbessert d'Legierungsduktilitéit däitlech, wat schlussendlech d'Produktivitéit an Extrusiounsprozesser erhéicht.
An Aluminiumlegierungen aus der Serie 7xxx ginn selten Äerdelementer am Allgemengen op dräi Weeër bäigefüügt:
1. Nëmmen selten Äerdelementer;
2. Kombinatioun vun Zr a seltenen Äerdelementer;
3. Kombinatioun vun Zr, Cr, a seltenen Äerdelementer.
Den Gesamtgehalt u seltenen Äerdelementer gëtt normalerweis tëscht 0,1–0,5 Gew.-%.
Mechanismen vun de seltenen Äerdelementer
Selten Äerdelementer wéi La, Ce, Sc, Er, Gd an Y droen duerch verschidde Mechanismen zu Aluminiumlegierungen bäi:
Kärenverfeinerung: Selten Äerdelementer bilden gläichméisseg verdeelt Nidderschléi, déi als heterogen Keimbildungsplazen handelen an dendritesch Strukturen a gläichachseg fein Kären ëmwandelen, wat d'Festigkeit an d'Duktilitéit verbessert.
Ënnerdréckung vun der Segregatioun: Wärend dem Schmelzen an der Erstarrung fërderen d'Selten-Erde-Elementer eng méi gläichméisseg Elementverdeelung, reduzéieren d'Eutektikbildung an erhéijen d'Matrixdicht.
Matrixreinigung: Y, La a Ce kënne mat Ongereinheeten an der Schmelz (O, H, N, S) reagéieren, fir stabil Verbindungen ze bilden, wouduerch de Gasgehalt an d'Inklusiounen erofgesat ginn, wat d'Legierungsqualitéit verbessert.
Modifikatioun vum Rekristallisatiounsverhalen: Bestëmmt selten Äerdmetaller kënnen d'Kären- a Subkärengrenzen festhalen, wouduerch d'Verrécklungsbewegung an d'Migratioun vun de Kärengrenzen hemmen. Dëst verzögert d'Rekristallisatioun an erhält fein Subkärenstrukturen während der thermescher Veraarbechtung, wouduerch souwuel d'Festigkeit wéi och d'Korrosiounsbeständegkeet verbessert ginn.
Schlësselelementer vun der rarer Äerd an hir Auswierkungen
Scandium (Sc)
Sc huet de klengste Atomradius vun den seltenen Äerdelementer an ass och en Iwwergangsmetall. Et ass héich effektiv fir d'Eegeschafte vun deforméierten Aluminiumlegierungen ze verbesseren.
An Aluminiumlegierungen fällt Sc als kohärent Al₃Sc aus, wouduerch d'Rekristallisatiounstemperatur eropgeet an d'Kärvergrofung ënnerdréckt gëtt.
A Kombinatioun mat Zr bilden sech héichtemperaturstabil Al₃(Sc,Zr)-Partikelen, déi gläichachseg fein Kären förderen an d'Verrécklungsbewegung an d'Migratioun vun de Käregrenzen behënneren. Dëst verbessert d'Festigkeit, d'Middegkeetsbeständegkeet an d'Spannungskorrosiounsleistung.
Ze vill Sc kann zu grobe Al₃(Sc,Zr)-Partikelen féieren, wat d'Rekristallisatiounsfäegkeet, d'Festigkeet an d'Duktilitéit reduzéiert.
Erbium (Er)
Er funktionéiert ähnlech wéi Sc, awer ass méi kosteneffektiv.
An Legierungen aus der 7xxx Serie verfeineren entspriechend Er-Zousätz d'Kären, hemmen d'Verrécklungsbewegung an d'Migratioun vun de Kärengrenzen, ënnerdrécken d'Rekristallisatioun an erhéijen d'Festigkeit.
Wann et zesumme mat Zr bäigefüügt gëtt, bilden sech Al₃(Er,Zr)-Partikelen, déi thermesch méi stabil si wéi Al₃Er eleng, wat eng besser Ënnerdréckung vun der Rekristallisatioun erméiglecht.
Ze vill Er kann Al₈Cu₄Er Phasen produzéieren, wouduerch souwuel d'Festigkeit wéi och d'Duktilitéit reduzéiert ginn.
Gadolinium (Gd)
Moderéiert Gd-Zousätz verfeineren d'Kären, erhéijen d'Festigkeit an d'Duktilitéit an erhéijen d'Léislechkeet vun Zn, Mg a Cu an der Matrix.
Déi resultéierend Al₃(Gd,Zr)-Phas setzt Verrécklungen a Subkäregrenzen fest, wouduerch d'Rekristallisatioun ënnerdréckt gëtt. En aktiven Film bilt sech och op de Käruewerflächen, wat de Kärwuesstum weider limitéiert.
Ze vill Gd kann zu enger Vergréisserung vun de Kären féieren an d'mechanesch Eegeschafte verschlechteren.
Lanthan (La), Cer (Ce) an Yttrium (Y)
La verfeinert Kären, reduzéiert de Sauerstoffgehalt a bildt en aktiven Film op de Kärenoberflächen, fir de Wuesstum ze hemmen.
La an Ce fërderen d'Nidderschlag an der GP-Zon an der η′-Phas, wouduerch d'Matrixstäerkt an d'Korrosiounsbeständegkeet verbessert ginn.
Y purifizéiert d'Matrix, verhënnert d'Opléisung vun den Haaptlegierungselementer an der fester Léisung, fërdert d'Keimbildung a reduzéiert potenziell Ënnerscheeder tëscht de Käregrenzen an dem Innenraum, wouduerch d'Korrosiounsbeständegkeet verbessert gëtt.
Ze vill La, Ce oder Y kënnen zu grobe blockege Verbindungen féieren, déi d'Duktilitéit an d'Festegkeet reduzéieren.
Eegeschafte vun de wichtegsten seltenen Äerdelementer an hir Charakteristiken an Aluminium
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 21. August 2025
