Ítarlegar rannsóknir hafa verið gerðar á viðbót sjaldgæfra jarðefna (REE) í álblöndur af gerðunum 7xxx, 5xxx og 2xxx, og hafa þær sýnt fram á athyglisverð áhrif. Sérstaklega verða álblöndur af gerðinni 7xxx, sem innihalda mörg málmblönduefni, oft fyrir mikilli aðskilnaði við bræðslu og steypu, sem leiðir til myndunar verulegs magns af evtektískum fasa. Þetta dregur úr seiglu og tæringarþoli, sem hefur áhrif á heildarafköst málmblöndunnar. Innfelling sjaldgæfra jarðefna í mjög málmblönduð álblöndur getur hreinsað korn, dregið úr aðskilnaði og hreinsað grunnefnið, og þar með bætt örbyggingu og almenna eiginleika.
Nýlega hefur tegund af ofurplastískum kornhreinsivélum vakið athygli. Þessar hreinsivélar nýta sjaldgæfar jarðmálmtegundir eins og La og Ce til að auka veikingu korna- og undirkornamörkanna. Þetta hreinsar ekki aðeins kornin heldur stuðlar einnig að jafnri dreifingu úrfellinga, bælir endurkristöllun og bætir verulega teygjanleika málmblöndunnar, sem að lokum eykur framleiðni í útdráttarferlum.
Í 7xxx seríunni af álblöndum eru sjaldgæfum jarðefnum almennt bætt við á þrjá vegu:
1. Sjaldgæf jarðefni ein og sér;
2. Samsetning Zr og sjaldgæfra jarðefna;
3. Samsetning Zr, Cr og sjaldgæfra jarðefna.
Heildarinnihald sjaldgæfra jarðefna er venjulega stjórnað innan 0,1–0,5% af þyngd.
Verkunarháttur sjaldgæfra jarðefna
Sjaldgæf jarðefni eins og La, Ce, Sc, Er, Gd og Y stuðla að álblöndum með ýmsum aðferðum:
Kornahreinsun: Sjaldgæf jarðefni mynda jafnt dreifð útfellingar sem virka sem ólíkir kjarnamyndunarstaðir og breyta dendritískum strúktúrum í jafnása fínkorn, sem bætir styrk og teygjanleika.
Að draga úr aðskilnaði: Við bráðnun og storknun stuðla sjaldgæf jarðmálmefni að jafnari dreifingu frumefna, draga úr myndun evtektískra efna og auka þéttleika grunnefnisins.
Hreinsun á grunnefni: Y, La og Ce geta hvarfast við óhreinindi í bráðnu efni (O, H, N, S) til að mynda stöðug efnasambönd, sem lækkar gasinnihald og innilokanir, sem eykur gæði málmblöndunnar.
Breyting á endurkristöllunarhegðun: Ákveðin sjaldgæf jarðefni geta fest korna- og undirkornamörk, sem hindrar hreyfingu og flutning kornamörka. Þetta seinkar endurkristöllun og varðveitir fínar undirkornabyggingar við hitavinnslu, sem bætir bæði styrk og tæringarþol.
Helstu sjaldgæf jarðefni og áhrif þeirra
Skandín (Sc)
Sc hefur minnsta atómradíus allra sjaldgæfra jarðefna og er einnig umbreytingarmálmur. Það er mjög áhrifaríkt við að auka eiginleika afmyndaðra álblöndu.
Í álmálmblöndum fellur Sc út sem samhangandi Al₃Sc, sem eykur endurkristöllunarhitastigið og dregur úr grófgerð korna.
Þegar þetta er blandað saman við Zr myndast Al₃(Sc,Zr) agnir sem eru stöðugar við háan hita, sem stuðlar að jafnásaðri fínkornun og hindrar hreyfingu og flutning kornamörka. Þetta bætir styrk, þreytuþol og spennutæringarþol.
Of mikið Sc getur leitt til myndunar grófra Al₃(Sc,Zr) agna, sem dregur úr endurkristöllunargetu, styrk og teygjanleika.
Erbíum (Er)
Er virkar svipað og Sc en er hagkvæmara.
Í 7xxx seríunni af málmblöndum fínpússa viðeigandi Er-viðbætur korn, hindra tilfærslu og flutning kornamörk, bæla niður endurkristöllun og auka styrk.
Þegar Al₃(Er,Zr) agnir eru bættar við Zr samhliða myndast þær, sem eru hitastöðugri en Al₃Er eitt og sér, sem veitir betri endurkristöllunarbælingu.
Of mikið Er getur myndað Al₈Cu₄Er fasa, sem dregur úr bæði styrk og teygjanleika.
Gadolín (Gd)
Miðlungsmiklar Gd-viðbætur fínpússa korn, auka styrk og teygjanleika og auka leysni Zn, Mg og Cu í grunnefninu.
Al₃(Gd,Zr) fasinn sem myndast festir tilfærslur og undirkornamörk og bælir þannig endurkristöllun. Virk himna myndast einnig á kornyfirborði og takmarkar enn frekar kornvöxt.
Of mikið Gd getur valdið því að kornið verði gróft og versnað vélræna eiginleika.
Lantan (La), seríum (Ce) og yttríum (Y)
La hreinsar korn, dregur úr súrefnisinnihaldi og myndar virka filmu á yfirborði kornsins til að hindra vöxt.
La og Ce stuðla að útfellingu á GP-svæðinu og η′-fasa, sem bætir styrk grunnefnisins og tæringarþol.
Y hreinsar grunnefnið, hindrar upplausn helstu málmblönduþátta í föstu lausninni, stuðlar að kjarnamyndun og dregur úr hugsanlegum mismun á kornamörkum og innri svæðum, sem eykur tæringarþol.
Of mikið La, Ce eða Y getur leitt til grófra, blokkkenndra efnasambanda sem draga úr teygjanleika og styrk.
Eiginleikar helstu sjaldgæfra jarðefna og einkenni þeirra í áli
Birtingartími: 21. ágúst 2025
