uma nova geração de liga de alumínio de alto desempenho - liga de alumínio -escandor

【resumo】: a liga de alumínio é um importante material de engenharia para a construção e segurança econômica nacional. à medida que os materiais de liga de alumínio do mundo se desenvolvem em direção a direções de alto desempenho, como alta resistência e alta resistência, além de atender às necessidades de indústrias militares, como aeroespacial e alguns setores industriais especiais, uma série de novos materiais de liga de alumínio civil com várias propriedades e funções que podem atender a diferentes condições e usos também são desenvolvidos. o alumínio tem sido um material básico importante para a engenharia aeroespacial há muito tempo devido à sua baixa densidade e custo. no entanto, o desempenho do alumínio puro não pode atender aos requisitos dos materiais aeroespaciais para resistência à resistência, resistência e corrosão em muitas ocasiões; portanto, as pessoas tentam adicionar vários elementos de liga ao alumínio puro para melhorar o desempenho dos materiais de alumínio. no entanto, até agora, algumas tecnologias-chave para a preparação de ligas de alumínio de alto desempenho na china não têm avanços. os materiais de liga de alumínio de alto desempenho necessários para muitos modelos-chave ainda dependem das importações. a pesquisa e o desenvolvimento de ligas de alumínio de alto desempenho precisa ser aprimorada ainda mais, e a pesquisa sobre ligas de alumínio-escandionsclou trouxe novas oportunidades para ligas de alumínio!

1. overview of aluminium-scandium

escandium, símbolo do elemento sc, número atômico 21, é o primeiro elemento de transição no quarto período da tabela periódica e pertence ao grupo iiib. alumínio, símbolo do elemento al, número atômico 13 na tabela periódica, é um elemento metálico no grupo iiia, com uma densidade relativa de 2,7g/cm³, um ponto de fusão de 660 ℃ e um ponto de ebulição de 2327 ℃.

figura 1 introdução ao scandium

a china se tornou o maior produtor e consumidor da indústria de alumínio, mas ainda está no meio e baixo da cadeia da indústria de alumínio. existem poucos materiais de liga de ponta desenvolvidos independentemente, e os produtos de ponta dependem muito das importações. as ligas de alumínio de fundição de ponta, representadas pela série al-cu e al-zn, têm características notáveis, como alta resistência e bom desempenho de elenco. no entanto, o custo para o uso de elementos raros é um pouco alto, limitando a aplicação de ligas de alumínio. 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 series ligas de alumínio deformadas e o teor de escândio é de apenas 0,18% a 0,5%. a china iniciou no final do desenvolvimento de ligas de alumínio-escandor e atualmente tem apenas duas séries, o que é uma grande lacuna em comparação com a rússia.

em 2020, as reservas sc do mundo são de cerca de 2200kt, das quais 90% a 95% são encontradas em bauxita, fosforita e ilmenita, distribuídos principalmente na rússia e na china. o sc puro é branco prateado com uma leve tonalidade amarela e tem um brilho metálico. é bastante macio e pode ser enrolado em folhas finas sem recozimento. embora a quantidade de sc e seus compostos não sejam grandes, suas áreas de aplicação são muito amplas, envolvendo todas as áreas de materiais, como materiais de liga metálica não ferrosos, materiais de fonte de luz elétrica, cerâmica de precisão, eletrólitos sólidos, materiais catalíticos, materiais da indústria nuclear, cristais a laser, semicondutores e materiais de supercondimento.

tabela 1 distribuição de grandes minerais contendo escândio na china

fonte: visão geral dos recursos e sugestões de minério de escândio da china para o desenvolvimento industrial

em termos de desenvolvimento de pesquisa e aplicação de ligas al-sc, a antiga união soviética e a rússia estão na vanguarda e desenvolveram uma série de ligas de alumínio-escandions com excelente desempenho, como a liga 1420, que tem sido amplamente utilizada nas estruturas de aeronaves; a liga 1421 é uma liga al-mg-li-zr-sc que contém sc, e os perfis extrudados foram usados ​​para fabricar as vigas longitudinais das fuselagens de aeronaves de transporte e foram bem recebidas.

figura 2 placa de liga de alumínio-escandor

efeitos do escândio na liga de alumínio

de acordo com a pesquisa da dg eskin, cientista da universidade de brunel no reino unido, o sc é o melhor refinador de ligas de alumínio e alumínio e tem o maior efeito de refinamento. sc e 15 elementos da série y e la pertencem ao grupo iii b do período do elemento. suas principais propriedades químicas são semelhantes às dos elementos da série y e la e têm o mesmo estado de oxidação. a treliça constante, a densidade e algumas propriedades físicas e mecânicas do escândio são próximas às de alumínio, tornando -o um elemento de liga ideal para ligas de alumínio. a densidade do escândio é de apenas 2,99 g/cm³ e pertence ao mesmo metal leve que o alumínio. além disso, tem um efeito de fortalecimento muito maior nas ligas de alumínio do que outros elementos. como elemento de transição e elemento de terra rara, ele pode não apenas refinar significativamente os grãos de liga fundida, aumentar a temperatura da recristalização e, assim, melhorar a força e a tenacidade das ligas de alumínio, mas também melhoram significativamente a soldabilidade, a resistência ao calor, a resistência à corrosão, a estabilidade térmica e a resistência aos danos à radiação de nêutrons de alumínio. portanto, a liga de alumínio-escandio é considerada uma nova geração de material estrutural da liga de alumínio de alto desempenho para aeroespacial e navios.

o sc tem um efeito mágico no refinamento de grãos de ligas de alumínio e alumínio. just adding a few thousandths of sc will produce al3sc intermetallic phase, which has a significant grain refinement effect on aluminum and aluminum alloys, and can significantly improve the high-temperature strength, structural stability, weldability, and corrosion resistance of the alloy, and avoid the embrittlement phenomenon that is easy to occur during long-term high-temperature operation, thereby greatly improving its organization and performance.

uma pequena quantidade de escândio pode alterar significativamente as propriedades das ligas de alumínio. o escândio tem um bom efeito de fortalecimento da dispersão no alumínio e mantém uma estrutura estável não recristalizada no estado de processamento ou recozimento a quente. o efeito inibitório do escândio na recristalização pode eliminar a estrutura recristalizada na zona afetada pelo calor da solda, de modo que a articulação soldada contendo liga de alumínio-escandio tenha maior resistência de resistência e corrosão. ao mesmo tempo, a melhoria da resistência à corrosão da liga de alumínio por escândio também se deve ao refinamento dos grãos e à inibição do processo de recristalização por escândio. a adição de escândio também pode fazer liga de alumínio ter uma boa superplasticidade. após o tratamento superplástico, o alongamento da liga de alumínio com cerca de 0,5% de escândio pode atingir 1100%. por exemplo, a resistência ao escoamento da liga de alumínio-escandio é 150% maior que a da liga de alumínio-magnésio e pode manter a resistência à densidade e corrosão ao mesmo tempo. além disso, o escândio também aumenta a qualidade das articulações soldadas de liga, evita rachaduras de solda e aumenta a vida útil da fadiga em 200%. portanto, espera-se que a liga de alumínio-escandor se torne uma nova geração de materiais estruturais leves para as indústrias aeroespacial, aviação e de construção naval.

figura 3 peças moldadas por liga de alumínio-escandor