హై-ఎండ్ 7xxx సిరీస్ డిఫార్మ్డ్ అల్యూమినియం మిశ్రమాలలో అరుదైన భూమి మూలకాల పాత్ర

7xxx, 5xxx, మరియు 2xxx సిరీస్ అల్యూమినియం మిశ్రమాలకు అరుదైన భూమి మూలకాలను (REEలు) జోడించడంపై విస్తృతమైన పరిశోధనలు జరిగాయి, ఇవి గణనీయమైన ప్రభావాలను చూపుతున్నాయి. ముఖ్యంగా, బహుళ మిశ్రమ మూలకాలను కలిగి ఉన్న 7xxx సిరీస్ అల్యూమినియం మిశ్రమాలు తరచుగా ద్రవీభవన మరియు కాస్టింగ్ సమయంలో తీవ్రమైన విభజనను అనుభవిస్తాయి, ఇది గణనీయమైన మొత్తంలో యూటెక్టిక్ దశల ఏర్పాటుకు దారితీస్తుంది. ఇది దృఢత్వం మరియు తుప్పు నిరోధకతను తగ్గిస్తుంది, మిశ్రమం యొక్క మొత్తం పనితీరును రాజీ చేస్తుంది. అధిక మిశ్రమ అల్యూమినియం మిశ్రమాలలో అరుదైన భూమి మూలకాలను చేర్చడం వలన ధాన్యాలను శుద్ధి చేయవచ్చు, విభజనను అణిచివేయవచ్చు మరియు మాతృకను శుద్ధి చేయవచ్చు, తద్వారా సూక్ష్మ నిర్మాణం మరియు మొత్తం లక్షణాలు మెరుగుపడతాయి.

ఇటీవల, ఒక రకమైన సూపర్ ప్లాస్టిక్ గ్రెయిన్ రిఫైనర్ దృష్టిని ఆకర్షించింది. ఈ రిఫైనర్లు గ్రెయిన్ మరియు సబ్‌గ్రెయిన్ సరిహద్దులను బలహీనపరచడానికి La మరియు Ce వంటి అరుదైన భూమి మూలకాలను దోపిడీ చేస్తాయి. ఇది గ్రెయిన్‌లను శుద్ధి చేయడమే కాకుండా అవక్షేపణల ఏకరీతి వ్యాప్తిని ప్రోత్సహిస్తుంది, పునఃస్ఫటికీకరణను అణిచివేస్తుంది మరియు మిశ్రమం డక్టిలిటీని గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది, చివరికి ఎక్స్‌ట్రాషన్ ప్రక్రియలలో ఉత్పాదకతను పెంచుతుంది.

7xxx శ్రేణి అల్యూమినియం మిశ్రమలోహాలలో, అరుదైన భూమి మూలకాలను సాధారణంగా మూడు విధాలుగా జోడిస్తారు:

1. అరుదైన భూమి మూలకాలు మాత్రమే;

2. Zr మరియు అరుదైన భూమి మూలకాల కలయిక;

3. Zr, Cr, మరియు అరుదైన భూమి మూలకాల కలయిక.

అరుదైన భూమి మూలకాల మొత్తం కంటెంట్ సాధారణంగా 0.1–0.5 wt% లోపల నియంత్రించబడుతుంది.

అరుదైన భూమి మూలకాల యొక్క విధానాలు

La, Ce, Sc, Er, Gd, మరియు Y వంటి అరుదైన భూమి మూలకాలు బహుళ విధానాల ద్వారా అల్యూమినియం మిశ్రమాలకు దోహదం చేస్తాయి:

ధాన్య శుద్ధి: అరుదైన భూమి మూలకాలు ఏకరీతిలో పంపిణీ చేయబడిన అవక్షేపాలను ఏర్పరుస్తాయి, ఇవి వైవిధ్య కేంద్రక ప్రదేశాలుగా పనిచేస్తాయి, డెన్డ్రిటిక్ నిర్మాణాలను ఈక్వియాక్స్డ్ ఫైన్ గ్రెయిన్‌లుగా మారుస్తాయి, ఇది బలం మరియు డక్టిలిటీని మెరుగుపరుస్తుంది.

విభజన అణచివేత: ద్రవీభవన మరియు ఘనీభవన సమయంలో, అరుదైన భూమి మూలకాలు మరింత ఏకరీతి మూలక పంపిణీని ప్రోత్సహిస్తాయి, యూటెక్టిక్ నిర్మాణాన్ని తగ్గిస్తాయి మరియు మాతృక సాంద్రతను పెంచుతాయి.

మాతృక శుద్దీకరణ: Y, La, మరియు Ce లు కరిగే పదార్థంలోని మలినాలతో (O, H, N, S) చర్య జరిపి స్థిరమైన సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తాయి, వాయువు కంటెంట్ మరియు చేరికలను తగ్గిస్తాయి, ఇది మిశ్రమం నాణ్యతను పెంచుతుంది.

పునఃస్ఫటికీకరణ ప్రవర్తనలో మార్పు: కొన్ని అరుదైన భూమి మూలకాలు ధాన్యం మరియు ఉపగ్రెయిన్ సరిహద్దులను పిన్ చేయగలవు, డిస్లోకేషన్ మోషన్ మరియు ధాన్యం సరిహద్దు వలసలను నిరోధిస్తాయి. ఇది పునఃస్ఫటికీకరణను ఆలస్యం చేస్తుంది మరియు థర్మల్ ప్రాసెసింగ్ సమయంలో చక్కటి ఉపగ్రెయిన్ నిర్మాణాలను సంరక్షిస్తుంది, బలం మరియు తుప్పు నిరోధకత రెండింటినీ మెరుగుపరుస్తుంది.

కీలకమైన అరుదైన భూమి మూలకాలు మరియు వాటి ప్రభావాలు

స్కాండియం (Sc)

అరుదైన భూమి మూలకాలలో Sc అతి చిన్న పరమాణు వ్యాసార్థాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఇది పరివర్తన లోహం కూడా. ఇది వికృతమైన అల్యూమినియం మిశ్రమాల లక్షణాలను పెంచడంలో అత్యంత ప్రభావవంతమైనది.

అల్యూమినియం మిశ్రమాలలో, Sc కోహెరెంట్ Al₃Sc గా అవక్షేపించబడుతుంది, పునఃస్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రతను పెంచుతుంది మరియు ధాన్యం ముతకడాన్ని అణిచివేస్తుంది.

Zr తో కలిపినప్పుడు, అధిక-ఉష్ణోగ్రత స్థిరమైన Al₃(Sc,Zr) కణాలు ఏర్పడతాయి, ఈక్వియాక్స్డ్ ఫైన్ గ్రెయిన్‌లను ప్రోత్సహిస్తాయి మరియు డిస్లోకేషన్ మోషన్ మరియు గ్రెయిన్ బౌండరీ మైగ్రేషన్‌ను అడ్డుకుంటాయి. ఇది బలం, అలసట నిరోధకత మరియు ఒత్తిడి-తుప్పు పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది.

అధిక Sc ముతక Al₃(Sc,Zr) కణాలకు దారితీయవచ్చు, పునఃస్ఫటికీకరణ సామర్థ్యం, ​​బలం మరియు సాగే గుణాన్ని తగ్గిస్తుంది.

ఎర్బియం (ఎర్)

Er అనేది Sc లాగానే పనిచేస్తుంది కానీ ఖర్చుతో కూడుకున్నది.

7xxx శ్రేణి మిశ్రమలోహాలలో, తగిన Er జోడింపులు ధాన్యాలను శుద్ధి చేస్తాయి, స్థానభ్రంశం కదలిక మరియు ధాన్యం సరిహద్దు వలసలను నిరోధిస్తాయి, పునఃస్ఫటికీకరణను అణిచివేస్తాయి మరియు బలాన్ని పెంచుతాయి.

Zr తో కలిపితే, Al₃(Er,Zr) కణాలు ఏర్పడతాయి, ఇవి Al₃Er కంటే ఎక్కువ ఉష్ణ స్థిరంగా ఉంటాయి, మెరుగైన పునఃస్ఫటికీకరణ అణచివేతను అందిస్తాయి.

అధిక Er Al₈Cu₄Er దశలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, బలం మరియు సాగే గుణం రెండింటినీ తగ్గిస్తుంది.

గడోలినియం (Gd)

మితమైన Gd జోడింపులు ధాన్యాలను శుద్ధి చేస్తాయి, బలం మరియు సాగే గుణాన్ని పెంచుతాయి మరియు మాతృకలో Zn, Mg మరియు Cu యొక్క ద్రావణీయతను పెంచుతాయి.

ఫలితంగా వచ్చే Al₃(Gd,Zr) దశ స్థానభ్రంశాలను మరియు ఉపగ్రెయిన్ సరిహద్దులను పిన్ చేస్తుంది, పునఃస్ఫటికీకరణను అణిచివేస్తుంది. ధాన్యం ఉపరితలాలపై కూడా ఒక క్రియాశీల పొర ఏర్పడుతుంది, ధాన్యం పెరుగుదలను మరింత పరిమితం చేస్తుంది.

అధిక Gd ధాన్యం ముతకడానికి కారణమవుతుంది మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను క్షీణింపజేస్తుంది.

లాంథనమ్ (La), సెరియం (Ce), మరియు యట్రియం (Y)

La ధాన్యాలను శుద్ధి చేస్తుంది, ఆక్సిజన్ శాతాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు పెరుగుదలను నిరోధించడానికి ధాన్యపు ఉపరితలాలపై చురుకైన పొరను ఏర్పరుస్తుంది.

La మరియు Ce GP జోన్ మరియు η′ దశ అవపాతాన్ని ప్రోత్సహిస్తాయి, మాతృక బలం మరియు తుప్పు నిరోధకతను మెరుగుపరుస్తాయి.

Y మాతృకను శుద్ధి చేస్తుంది, ప్రధాన మిశ్రమ మూలకాలను ఘన ద్రావణంలోకి కరిగించడాన్ని నిరోధిస్తుంది, కేంద్రకీకరణను ప్రోత్సహిస్తుంది మరియు ధాన్యం సరిహద్దులు మరియు అంతర్గత భాగాల మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసాలను తగ్గిస్తుంది, తుప్పు నిరోధకతను పెంచుతుంది.

అధిక La, Ce, లేదా Y ముతక బ్లాకీ సమ్మేళనాలకు దారితీయవచ్చు, ఇవి సాగే గుణం మరియు బలాన్ని తగ్గిస్తాయి.

ప్రధాన అరుదైన భూమి మూలకాల లక్షణాలు మరియు అల్యూమినియంలో వాటి లక్షణాలు