Janë kryer kërkime të gjera mbi shtimin e elementëve të rrallë të tokës (REE) në lidhjet e aluminit të serive 7xxx, 5xxx dhe 2xxx, duke treguar efekte të dukshme. Në veçanti, lidhjet e aluminit të serisë 7xxx, të cilat përmbajnë elementë të shumtë aliazhues, shpesh përjetojnë ndarje të rëndë gjatë shkrirjes dhe derdhjes, duke çuar në formimin e sasive të konsiderueshme të fazave eutektike. Kjo zvogëlon fortësinë dhe rezistencën ndaj korrozionit, duke kompromentuar performancën e përgjithshme të lidhjes. Përfshirja e elementëve të rrallë të tokës në lidhjet e aluminit me aliazh të lartë mund të rafinojë kokrrat, të shtypë ndarjen dhe të pastrojë matricën, duke përmirësuar kështu mikrostrukturën dhe vetitë e përgjithshme.
Kohët e fundit, një lloj rafinuesi superplastik i kokrrave ka tërhequr vëmendjen. Këta rafinues shfrytëzojnë elementë të rrallë të tokës si La dhe Ce për të rritur dobësimin e kufijve të kokrrave dhe nënkokrrizave. Kjo jo vetëm që rafinon kokrrat, por gjithashtu nxit një shpërndarje uniforme të precipitateve, pengon rikristalizimin dhe përmirëson ndjeshëm duktilitetin e aliazhit, duke rritur në fund të fundit produktivitetin në proceset e ekstrudimit.
Në lidhjet e aluminit të serisë 7xxx, elementët e rrallë të tokës shtohen përgjithësisht në tre mënyra:
1. Vetëm elementë të rrallë të tokës;
2. Kombinim i Zr dhe elementëve të rrallë të tokës;
3. Kombinim i Zr, Cr dhe elementëve të rrallë të tokës.
Përmbajtja totale e elementëve të rrallë të tokës zakonisht kontrollohet brenda 0.1-0.5% të peshës.
Mekanizmat e Elementeve të Rralla të Tokës
Elementet e rralla të tokës si La, Ce, Sc, Er, Gd dhe Y kontribuojnë në lidhjet e aluminit përmes mekanizmave të shumtë:
Rafinimi i kokrrizave: Elementet e rralla të tokës formojnë precipitate të shpërndara në mënyrë uniforme që veprojnë si vende heterogjene të bërthamëzimit, duke i shndërruar strukturat dendritike në kokrriza të imëta të barabarta, gjë që përmirëson forcën dhe duktilitetin.
Shtypja e segregacionit: Gjatë shkrirjes dhe ngurtësimit, elementët e rrallë të tokës nxisin shpërndarje më uniforme të elementeve, zvogëlojnë formimin eutektik dhe rrisin dendësinë e matricës.
Pastrimi i matricës: Y, La dhe Ce mund të reagojnë me papastërtitë në shkrirje (O, H, N, S) për të formuar komponime të qëndrueshme, duke ulur përmbajtjen e gazit dhe përfshirjet, gjë që rrit cilësinë e aliazhit.
Modifikimi i sjelljes së rikristalizimit: Disa elementë të rrallë të tokës mund të ngulin kufijtë e kokrrizave dhe nënkokrrizave, duke penguar lëvizjen e zhvendosjeve dhe migrimin e kufijve të kokrrizave. Kjo vonon rikristalizimin dhe ruan strukturat e imëta të nënkokrrizave gjatë përpunimit termik, duke përmirësuar si forcën ashtu edhe rezistencën ndaj korrozionit.
Elementet kryesore të rralla të tokës dhe efektet e tyre
Skandium (Sc)
Sc ka rrezen atomike më të vogël midis elementëve të rrallë të tokës dhe është gjithashtu një metal kalimtar. Është shumë efektiv në përmirësimin e vetive të lidhjeve të aluminit të deformuara.
Në lidhjet e aluminit, Sc precipiton si Al₃Sc koherent, duke rritur temperaturën e rikristalizimit dhe duke penguar trashësimin e kokrrizave.
Kur kombinohen me Zr, formohen grimca Al₃(Sc,Zr) të qëndrueshme në temperaturë të lartë, të cilat nxisin kokrrizat e imëta të ekuivalentuara dhe pengojnë lëvizjen e zhvendosjeve dhe migrimin e kufijve të kokrrizave. Kjo përmirëson fortësinë, rezistencën ndaj lodhjes dhe performancën ndaj stresit dhe korrozionit.
Sc i tepërt mund të çojë në grimca të trasha Al₃(Sc,Zr), duke zvogëluar aftësinë e rikristalizimit, fortësinë dhe duktilitetin.
Erbium (Er)
Er vepron në mënyrë të ngjashme me Sc, por është më efektiv nga ana e kostos.
Në lidhjet e serisë 7xxx, shtesat e përshtatshme të Er përsosin kokrrat, pengojnë lëvizjen e zhvendosjeve dhe migrimin e kufijve të kokrrizave, shtypin rikristalizimin dhe rrisin rezistencën.
Kur shtohet së bashku me Zr, formohen grimca Al₃(Er,Zr), të cilat janë termikisht më të qëndrueshme sesa Al₃Er vetëm, duke siguruar një shtypje më të mirë të rikristalizimit.
Er i tepërt mund të prodhojë faza Al₈Cu₄Er, duke zvogëluar si rezistencën ashtu edhe duktilitetin.
Gadolinium (Gd)
Shtimet e moderuara të Gd rafinojnë kokrrat, rrisin fortësinë dhe duktilitetin, si dhe rrisin tretshmërinë e Zn, Mg dhe Cu në matricë.
Faza Al₃(Gd,Zr) që rezulton ngul zhvendosjet dhe kufijtë e nënkokrrizave, duke penguar rikristalizimin. Një film aktiv formohet gjithashtu në sipërfaqet e kokrrizave, duke kufizuar më tej rritjen e kokrrizave.
Gd i tepërt mund të shkaktojë trashësi të kokrrizave dhe të përkeqësojë vetitë mekanike.
Lanthanum (La), Cerium (Ce) dhe Itrium (Y)
La rafinon kokrrat, zvogëlon përmbajtjen e oksigjenit dhe formon një film aktiv në sipërfaqet e kokrrave për të penguar rritjen.
La dhe Ce nxisin reshjet në zonën GP dhe fazën η′, duke përmirësuar fortësinë e matricës dhe rezistencën ndaj korrozionit.
Y pastron matricën, pengon tretjen e elementëve kryesorë aliazhues në tretësirën e ngurtë, nxit formimin e bërthamave dhe zvogëlon ndryshimet potenciale midis kufijve të kokrrizave dhe brendësisë, duke rritur rezistencën ndaj korrozionit.
La, Ce ose Y i tepërt mund të çojë në komponime të trasha në formë blloku, të cilat zvogëlojnë duktilitetin dhe rezistencën.
Vetitë e elementëve kryesorë të rrallë të tokës dhe karakteristikat e tyre në alumin
Koha e postimit: 21 gusht 2025