淺談稀土在泡沫鋁合金中的應(yīng)用

摘 要:本文首先對(duì)泡沫鋁以及稀土的有關(guān)情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并通過(guò)文中所使用的方法對(duì)稀土在泡沫鋁合金中的作用進(jìn)行了分析和研究，最終得出了一些有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞:稀土泡沫鋁合金稀土鋁合金

中圖分類(lèi)號(hào):TG115文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)06(c)-0070-01

1 引言

在如今的新材料、新能源、信息、生物、空間科技以及海洋開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，稀土金屬都具有重要的作用，當(dāng)將其作為添加劑的時(shí)候，對(duì)于鋁合金具有凈化、變質(zhì)、精煉、除氧化夾雜的作用，能夠有效增加鋁合金的機(jī)械性能，從而使泡沫鋁的力學(xué)性能得到有效提升。可以看出，稀土泡沫鋁合金的開(kāi)發(fā)有著廣闊的發(fā)展前景。

2 研究過(guò)程及方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)所使用的原料主要包括Si(97%)、Al(99%);添加劑主要包括增粘劑、稀土和自制的發(fā)泡劑，元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)詳見(jiàn)表1。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)所使用的設(shè)備分別為12號(hào)坩堝、坩堝電阻爐、自己制作的攪拌裝置、全數(shù)字式電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)以及燒杯和電子天平。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案

我們首先將硅、鋁放到坩堝內(nèi)對(duì)其進(jìn)行加溫，熱熔化后保持恒溫狀態(tài)，待其溫度充分均勻后將特質(zhì)的含有稀土元素的添加劑放入其中，并進(jìn)行迅速攪拌，使其均勻的混合到一起，這就是稀土鋁合金的熔煉階段。熔煉結(jié)束后，將含有自制增粘劑的坩堝加熱到300℃，然后把熔煉好的稀土鋁合金倒入其中，并通過(guò)自制的攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛．?dāng)熔體達(dá)到實(shí)驗(yàn)所要求的粘度之后，再加入自制的發(fā)泡劑并繼續(xù)攪拌，直到彌散均勻后保持恒溫狀態(tài)。

3 結(jié)果分析

3.1 稀土的加入對(duì)泡沫鋁合金抗壓屈服度所造成的影響

當(dāng)加入稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.4%的時(shí)候，泡沫鋁合金的抗壓屈服強(qiáng)度會(huì)隨著元素溶入量的增加而不斷升高;當(dāng)加入的稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于0.4%的時(shí)候，其抗拉強(qiáng)度和延伸率將會(huì)達(dá)到最大值;當(dāng)加入的稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.4%的時(shí)候，稀土元素的繼續(xù)加入將不會(huì)對(duì)抗拉強(qiáng)度和延伸率造成更大的影響。

鋁合金和泡沫鋁合金在所添加稀土元素相同的時(shí)候，會(huì)表現(xiàn)出近似相同的趨勢(shì)，說(shuō)明鋁合金基體的力學(xué)性能將會(huì)對(duì)泡沫鋁合金的抗壓屈服強(qiáng)度造成較大的影響。

3.2 對(duì)不同機(jī)體泡沫金屬抗壓強(qiáng)度的分析

從圖1我們可以看出，在彈性階段，稀土泡沫鋁合金的曲線相對(duì)于泡沫鋁合金來(lái)說(shuō)更陡，而泡沫鋁合金則比泡沫鋁的更陡，反映出在彈性模量方面，稀土泡沫鋁合金、泡沫鋁合金、泡沫純鋁之間是一個(gè)遞增的關(guān)系。另外，我們也可以知道，加入了稀土的泡沫鋁合金的抗壓屈服強(qiáng)度要超過(guò)其余兩種泡沫金屬。

3.3 稀土對(duì)于泡沫合金抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)機(jī)理

在本次試驗(yàn)中，當(dāng)稀土元素被添加之后，合金的晶體結(jié)構(gòu)開(kāi)始得到有效改善，其中，鋁合金的晶粒的開(kāi)始明顯細(xì)化。究其原因，主要是因?yàn)樵谙⊥猎乇患尤牒螅瑫?huì)與其他的合金元素共同形成一些微小的、呈顆粒狀分布在基體中的化合物，這樣就有效縮短的二次枝晶的間距，減少了二次枝晶的數(shù)量，同時(shí)，還能對(duì)其中雜質(zhì)元素的有害作用進(jìn)行消除，對(duì)晶界起到了一個(gè)很好的凈化作用，進(jìn)一步提升了合金的力學(xué)性能。雖然稀土元素的加入能夠有效減小晶粒的尺寸，但是如果稀土元素的添加過(guò)量，熔體則會(huì)表現(xiàn)出流動(dòng)性降低、粘度增加的趨勢(shì)，說(shuō)明在鋁合金中，稀土元素不僅沒(méi)有得到很好的溶解，反而會(huì)因?yàn)轱柡投龀鲆恍┆?dú)立的顆粒，所以說(shuō)，過(guò)量的添加稀土元素，將會(huì)使枝晶組織變粗，導(dǎo)致合金性能的進(jìn)一步下降。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)顯微觀察我們可以發(fā)現(xiàn)，在一定濃度范圍內(nèi)，稀土添加劑的使用將會(huì)在鋁合金和基體相之間形成配位數(shù)大的過(guò)渡相物質(zhì)，同時(shí)對(duì)鋁合金也有一個(gè)變質(zhì)和細(xì)化晶粒的作用，能夠有效增加泡沫合金的力學(xué)性能。但是如果過(guò)量加入稀土元素，那么熔體則會(huì)表現(xiàn)出流動(dòng)性降低、粘度增加的趨勢(shì)，稀土元素也會(huì)因?yàn)轱柡投龀鲆恍┆?dú)立的顆粒，使枝晶組織變粗，導(dǎo)致合金性能的進(jìn)一步下降。因此在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)找到最佳的加入量，從而在最大程度減少稀土元素使用量的同時(shí)取得更好的使用效果。