une nouvelle génération d'alliage en aluminium haute performance - aluminium-sandium alliage

【résumé】: l'alliage d'aluminium est un matériel d'ingénierie important pour la construction et la sécurité économiques nationales. à mesure que les matériaux en alliage en aluminium mondial se développent vers des directions à haute performance telles que la forte résistance et la forte ténacité, en plus de répondre aux besoins des industries militaires telles que l'aérospatiale et certains secteurs industriels spéciaux, une série de nouveaux matériaux d'alliage d'aluminium civil avec diverses propriétés et fonctions qui peuvent remplir différentes conditions et utilisations sont également développées. l'aluminium est un matériau de base important pour l'ingénierie aérospatiale depuis longtemps en raison de sa faible densité et de sa faible densité. cependant, les performances de l'aluminium pur ne peuvent pas répondre aux exigences des matériaux aérospatiaux pour la résistance, la ténacité et la résistance à la corrosion à plusieurs reprises, afin que les gens essaient d'ajouter divers éléments en alliage à l'aluminium pur pour améliorer les performances des matériaux en aluminium. cependant, jusqu'à présent, certaines technologies clés pour la préparation d'alliages en aluminium haute performance en chine n'ont pas de percées. les matériaux en alliage en aluminium haute performance requis pour de nombreux modèles clés reposent toujours sur les importations. la recherche et le développement d'alliages en aluminium haute performance doivent être encore améliorés, et la recherche sur les alliages en aluminium-excandium a apporté de nouvelles opportunités aux alliages en aluminium!

1.overview of aluminium-sandium alliage

le scandium, symbole d'élément sc, numéro atomique 21, est le premier élément de transition de la quatrième période du tableau périodique et appartient au groupe iiib. l'aluminium, symbole des éléments, numéro atomique 13 dans le tableau périodique, est un élément métallique du groupe iiia, avec une densité relative de 2,7 g / cm³, un point de fusion de 660 ℃ et un point d'ébullition de 2327 ℃.

figure 1 introduction au scandium

la chine est devenue le plus grand producteur et consommateur de l'industrie de l'aluminium, mais a toujours été dans le milieu et le bas de la chaîne de l'industrie de l'aluminium. il existe peu de matériaux en alliage haut de gamme développés indépendamment et les produits haut de gamme dépendent fortement des importations. les alliages en aluminium de coulée haut de gamme, représentés par les séries al-cu et al-zn, ont des caractéristiques remarquables telles que la haute résistance et de bonnes performances de coulée. cependant, le coût pour l'utilisation d'éléments rares est un peu élevé, ce qui limite l'application d'alliages en aluminium. depuis les années 1990, la russie a investi massivement dans le développement d'alliages d'aluminium-surcanis les alliages d'aluminium déformés en série et la teneur en scandium ne sont que de 0,18% à 0,5%. la chine a commencé à la fin du développement d'alliages d'aluminium-sandium et n'a actuellement que deux notes, ce qui est un grand écart par rapport à la russie.

en 2020, les réserves du sc au monde sont d'environ 2200kt, dont 90% à 95% se trouvent en bauxite, en phosphorite et en ilménite, principalement réparties en russie et en chine. le sc pur est blanc argenté avec une légère teinte jaune et a un éclat métallique. il est assez doux et peut être roulé en feuilles minces sans recuit. bien que la quantité de sc et ses composés ne soient pas importantes, leurs zones d'application sont très larges, impliquant toutes les zones de matériaux, telles que les matériaux en alliage métallique non ferreux, les matériaux de source de lumière électrique, la céramique de précision, les électrolytes solides, les matériaux catalytiques, les matériaux de l'industrie nucléaire, les cristaux laser, les semi-conducteurs et les matériaux superconducteurs.

tableau 1 distribution des principaux minéraux contenant du scandium en chine

source: aperçu des ressources et suggestions de minerai de scandium chinois pour le développement industriel

en termes de développement de la recherche et d'application des alliages al-sc, l'ancienne union soviétique et la russie sont à l'avant-garde, et ont développé une série d'alliages d'aluminium-sandium avec d'excellentes performances, comme l'alliage 1420, qui a été largement utilisé dans les structures d'avion; l'alliage 1421 est un alliage al-mg-li-zr-sc contenant sc, et les profils extrudés ont été utilisés pour fabriquer les faisceaux longitudinaux des fuselages d'avions de transport et ont été bien accueillis.

figure 2 plaque en alliage en aluminium-excandium

effets du scandium sur l'alliage d'aluminium

selon la recherche de dg eskin, scientifique de l'université brunel au royaume-uni, sc est le meilleur raffineur pour les alliages d'aluminium et d'aluminium et a le plus grand effet de raffinement. sc et 15 éléments de la série y et la appartiennent au groupe iii b de la période d'élément. ses principales propriétés chimiques sont similaires à celles des éléments de la série y et la, et ils ont le même état d'oxydation. la constante de réseau, la densité et certaines propriétés physiques et mécaniques du scandium sont proches de celles de l'aluminium, ce qui en fait un élément d'alliage idéal pour les alliages en aluminium. la densité du scandium n'est que de 2,99 g / cm³ et il appartient au même métal léger que l'aluminium. de plus, il a un effet de renforcement beaucoup plus important sur les alliages d'aluminium que les autres éléments. en tant qu'élément de transition et élément de terre rare, il peut non seulement affiner de manière significative les grains d'alliage coulé, augmenter la température de recristallisation et ainsi améliorer la résistance et la ténacité des alliages d'aluminium, mais aussi améliorer considérablement la soudabilité, la résistance à la chaleur, la résistance à la corrosion, la stabilité thermique et la résistance au rayonnement des neutraliers. par conséquent, l'alliage d'aluminium-sandium est considéré comme une nouvelle génération de matériel structurel en alliage en aluminium à haute performance pour l'aérospatiale et les navires.

sc a un effet magique sur le raffinement des grains des alliages en aluminium et en aluminium. le simple fait d'ajouter quelques milliers de sc produira une phase intermétallique al3sc, qui a un effet de raffinement des grains significatif sur les alliages en aluminium et en aluminium, et peut améliorer considérablement la résistance à haute température, la stabilité structurelle, la soudabilité et la résistance à la corrosion de l'alliage, et éviter le phénomène d'embrasure, ce qui est facile à procéder pendant l'organisation à long terme.

une petite quantité de scandium peut changer considérablement les propriétés des alliages d'aluminium. le scandium a un bon effet de renforcement de la dispersion sur l'aluminium et maintient une structure stable non recrit dans l'état de traitement à chaud ou de recuit. l'effet inhibiteur du scandium sur la recristallisation peut éliminer la structure recristallisée dans la zone touchée par la chaleur de la soudure de sorte que l'articulation soudée contenant l'alliage en aluminium-excandium ait une résistance plus élevée et une résistance à la corrosion. dans le même temps, l'amélioration de la résistance à la corrosion de l'alliage d'aluminium par le scandium est également due au raffinement des grains et à l'inhibition du processus de recristallisation par scandium. l'ajout de scandium peut également faire en sorte que l'alliage d'aluminium ait une bonne superplasticité. après un traitement superplasique, l'allongement de l'alliage d'aluminium avec environ 0,5% de scandium peut atteindre 1100%. par exemple, la limite d'élasticité de l'alliage d'aluminium-surcanique est 150% plus élevée que celle de l'alliage d'aluminium-magnésium, et il peut maintenir la densité et la résistance à la corrosion en même temps. de plus, le scandium augmente également la qualité des articulations soudées en alliage, évite la fissuration de la soudure et augmente la durée de vie de la fatigue de 200%. par conséquent, l'alliage d'aluminium-sandium devrait devenir une nouvelle génération de matériaux structurels légers pour les industries de l'aérospatiale, de l'aviation et de la construction navale.

figure 3 pièces moulées en alliage en aluminium-excandium