用于發動機的高性能鈰鋁合金

用于發動機的高性能鈰鋁合金

汽車輕量化是解決汽車燃油消耗、交通安全和環境污染的有效方法。各汽車制造商都在采用輕量化的材料替代原本的鋼合金材料，以實現汽車的輕量化，如采用輕質的鋁合金材料替代原本的鑄鐵材料進行發動機的制造。另外，各種先進的技術（如渦輪增壓技術等）應用在汽車上，以提高燃油效率。而渦輪增壓技術的應用將使缸內壓力、溫度增高，但傳統鑄造鋁合金在高溫下的力學性能較差，使得輕量化材料與先進技術之間存在不兼容性。對此，提出了一種可用于發動機的高性能鋁合金，其可以很好地解決該問題。

在高溫下，鋁合金材料力學性能的下降主要原因是由于傳統鋁合金材料中的雜質較多。因此，研究在鋁合金材料中加入一定量的稀土元素鈰，因為鈰可以提高鋁合金材料的純度，填補表層缺陷，細化鋁合金內部晶粒。對這種高性能鈰鋁合金進行了試驗。試驗采用P1020鋁合金材料，在其中分別加入質量分數6%、8%、10%、12%和16%的商業純鈰金屬，制成試樣。在光學顯微鏡下，觀察不同質量分數鈰鋁合金樣品的微觀結構，結果發現隨著鈰質量分數的增加，鈰鋁合金微觀結構的復雜度也不斷增加。在750℃下，對鈰鋁合金試樣進行了力學性能試驗。試驗結果表明：質量分數12%的鈰鋁合金的拉伸強度最高（132MPa），而質量分數16%的鈰鋁合金的彎曲強度最高（78MPa），遠高于傳統鋁合金材料的拉伸強度和彎曲強度。由于鈰金屬可以從氧化鈰中提煉出來，而氧化鈰是一種豐富的稀土元素氧化物，其往往在精煉如釹、鏑等稀有稀土元素時被丟棄，因此不會顯著增加鈰鋁合金的成本。

David Weiss et al. SAE2016-32-0019.

編譯：張振偉