Penyelidikan meluas telah dijalankan ke atas penambahan unsur nadir bumi (REE) kepada aloi aluminium siri 7xxx, 5xxx, dan 2xxx, menunjukkan kesan yang ketara. Khususnya, aloi aluminium siri 7xxx, yang mengandungi berbilang unsur pengaloian, sering mengalami pengasingan yang teruk semasa pencairan dan penuangan, yang membawa kepada pembentukan sejumlah besar fasa eutektik. Ini mengurangkan keliatan dan rintangan kakisan, menjejaskan prestasi keseluruhan aloi. Penggabungan unsur nadir bumi ke dalam aloi aluminium berali tinggi boleh menapis bijirin, menyekat pengasingan, dan membersihkan matriks, dengan itu meningkatkan struktur mikro dan sifat keseluruhan.
Baru-baru ini, sejenis penapis bijirin superplastik telah mendapat perhatian. Penapis ini mengeksploitasi unsur nadir bumi seperti La dan Ce untuk meningkatkan kelemahan sempadan bijian dan subgrain. Ini bukan sahaja menapis bijirin tetapi juga menggalakkan penyebaran mendakan seragam, menyekat penghabluran semula, dan meningkatkan kemuluran aloi dengan ketara, akhirnya meningkatkan produktiviti dalam proses penyemperitan.
Dalam aloi aluminium siri 7xxx, unsur nadir bumi biasanya ditambah dalam tiga cara:
1. Unsur nadir bumi sahaja;
2. Gabungan unsur Zr dan nadir bumi;
3.Gabungan unsur Zr, Cr, dan nadir bumi.
Jumlah kandungan unsur nadir bumi biasanya dikawal dalam 0.1–0.5 wt%.
Mekanisme Unsur Nadir Bumi
Unsur nadir bumi seperti La, Ce, Sc, Er, Gd, dan Y menyumbang kepada aloi aluminium melalui pelbagai mekanisme:
Penapisan bijirin: Unsur nadir bumi membentuk mendakan teragih seragam yang bertindak sebagai tapak nukleasi heterogen, menukar struktur dendritik kepada butiran halus sama, yang meningkatkan kekuatan dan kemuluran.
Penindasan pengasingan: Semasa pencairan dan pemejalan, unsur nadir bumi menggalakkan pengedaran unsur yang lebih seragam, mengurangkan pembentukan eutektik dan meningkatkan ketumpatan matriks.
Pembersihan matriks: Y, La, dan Ce boleh bertindak balas dengan kekotoran dalam leburan (O, H, N, S) untuk membentuk sebatian yang stabil, menurunkan kandungan gas dan kemasukan, yang meningkatkan kualiti aloi.
Pengubahsuaian tingkah laku penghabluran semula: Unsur nadir bumi tertentu boleh menyematkan sempadan butiran dan subbutiran, menghalang gerakan kehelan dan penghijrahan sempadan butiran. Ini menangguhkan penghabluran semula dan mengekalkan struktur subgrain yang halus semasa pemprosesan haba, meningkatkan kedua-dua kekuatan dan rintangan kakisan.
Elemen Nadir Bumi Utama dan Kesannya
Scandium (Sc)
Sc mempunyai jejari atom terkecil di antara unsur nadir bumi dan juga merupakan logam peralihan. Ia amat berkesan dalam meningkatkan sifat aloi aluminium yang cacat.
Dalam aloi aluminium, Sc memendakan sebagai Al₃Sc yang koheren, meningkatkan suhu penghabluran semula dan menyekat kekasaran butiran.
Apabila digabungkan dengan Zr, zarah Al₃(Sc,Zr) stabil suhu tinggi terbentuk, menggalakkan butiran halus sama dan menghalang pergerakan kehelan dan penghijrahan sempadan butiran. Ini meningkatkan kekuatan, rintangan keletihan dan prestasi kakisan tekanan.
Sc yang berlebihan boleh membawa kepada zarah Al₃(Sc,Zr) yang kasar, mengurangkan keupayaan penghabluran semula, kekuatan dan kemuluran.
Erbium (Er)
Er bertindak serupa dengan Sc tetapi lebih menjimatkan kos.
Dalam aloi siri 7xxx, penambahan Er yang sesuai menghaluskan butiran, menghalang gerakan kehelan dan penghijrahan sempadan butiran, menyekat penghabluran semula dan meningkatkan kekuatan.
Apabila ditambah bersama dengan Zr, zarah Al₃(Er,Zr) terbentuk, yang lebih stabil dari segi haba daripada Al₃Er sahaja, memberikan penindasan penghabluran semula yang lebih baik.
Er yang berlebihan boleh menghasilkan fasa Al₈Cu₄Er, mengurangkan kedua-dua kekuatan dan kemuluran.
Gadolinium (Gd)
Penambahan Gd sederhana menghaluskan butiran, meningkatkan kekuatan dan kemuluran, dan meningkatkan keterlarutan Zn, Mg, dan Cu dalam matriks.
Fasa Al₃(Gd,Zr) yang terhasil menyekat kehelan dan sempadan subgrain, menyekat penghabluran semula. Filem aktif juga terbentuk pada permukaan bijirin, seterusnya menghadkan pertumbuhan bijirin.
Gd yang berlebihan boleh menyebabkan bijian menjadi kasar dan merosot sifat mekanikal.
Lanthanum (La), Cerium (Ce), dan Yttrium (Y)
La menapis bijirin, mengurangkan kandungan oksigen, dan membentuk filem aktif pada permukaan bijirin untuk menghalang pertumbuhan.
La dan Ce menggalakkan zon GP dan pemendakan fasa η′, meningkatkan kekuatan matriks dan rintangan kakisan.
Y menyucikan matriks, menghalang pembubaran unsur pengaloian utama ke dalam larutan pepejal, menggalakkan nukleasi, dan mengurangkan perbezaan potensi antara sempadan butiran dan bahagian dalam, meningkatkan rintangan kakisan.
La, Ce, atau Y yang berlebihan boleh menyebabkan sebatian berhalangan kasar, yang mengurangkan kemuluran dan kekuatan.
Sifat unsur nadir bumi utama dan cirinya dalam aluminium
Masa siaran: Ogos-21-2025
