Καλό σε βάθος άρθρο, γνωρίζετε για τις επιπτώσεις των σπάνιων γαιών στον χαλκό και τα κράματα χαλκού;
1.Χαλκός σπανίων γαιών
Ο χαλκός και τα κράματα χαλκού έχουν μια σειρά ειδικών ιδιοτήτων, όπως εξαιρετική ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, καλή αντοχή στη διάβρωση, μη μαγνητισμό και αντιδιαβρωτικό σε μικροοργανισμούς και φύκια στο νερό, εύκολη επεξεργασία πλαστικών και καλή συγκολλησιμότητα και χυτεύονται εύκολα. Έχει γίνει ένα σημαντικό υλικό στη σύγχρονη βιομηχανία και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της ηλεκτρονικής, της ηλεκτρομηχανολογίας, της αεροπορίας, της αεροδιαστημικής και άλλων τομέων.
Τα στοιχεία σπανίων γαιών έχουν τυπικές μεταλλικές ιδιότητες και είναι εξαιρετικά ενεργά στις χημικές ιδιότητες. Μπορούν να αλληλεπιδράσουν με όλα σχεδόν τα στοιχεία εκτός από τα αδρανή αέρια. Είναι το «γλουταμινικό μονονάτριο» στη μεταλλουργική βιομηχανία.
Η εφαρμογή σπάνιων γαιών σε χαλκό και κράματα χαλκού έχει προσελκύσει ευρεία προσοχή από επιστημονικούς και τεχνολογικούς εργαζομένους σε διάφορες χώρες τη δεκαετία του 1950, και έχει γίνει πλέον ερευνητικό hotspot. Η χώρα μου ξεκίνησε έρευνα για την εφαρμογή σπάνιων γαιών σε χαλκό και κράματα χαλκού ήδη από τη δεκαετία του 1960. Η έρευνα εκείνη την εποχή επικεντρώθηκε περισσότερο στη βελτίωση των ιδιοτήτων θερμής και ψυχρής επεξεργασίας, αντοχή στη διάβρωση και αντοχή στη φθορά του χαλκού και των κραμάτων χαλκού, και επιτεύχθηκε Ορισμένα αποτελέσματα πρακτικής αξίας έχουν ληφθεί, αλλά αυτές οι μελέτες προχωρούν αργά και δεν υπάρχουν πολλά τομείς ανάπτυξης και εφαρμογής.
2. Επίδραση των σπάνιων γαιών στη δομή του χαλκού και των κραμάτων χαλκού
01 Καθαρίστε τον ιστό
Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι για τον καθαρισμό δομών χαλκού και κραμάτων χαλκού με σπάνιες γαίες:
(1) Οι σπάνιες γαίες έχουν ισχυρή συγγένεια με το οξυγόνο και το θείο, σχηματίζοντας ενώσεις σπάνιων γαιών με υψηλότερα σημεία τήξης, ισχυρή θερμική σταθερότητα και μικρό ειδικό βάρος, επιτυγχάνοντας έτσι τα αποτελέσματα της αποθείωσης και της αποοξυγόνωσης. Τα στοιχεία σπάνιων γαιών μπορούν εύκολα να αντιδράσουν με το ατομικό υδρογόνο. Δρα για τη δημιουργία σταθερού υδριδίου τύπου RH2 ή RH3 (το R αντιπροσωπεύει μέταλλο σπανίων γαιών). Αυτά τα υδρίδια διαλύονται στο κράμα χαλκού με τη μορφή στερεού διαλύματος, εξαλείφοντας έτσι τις βλαβερές συνέπειες του υδρογόνου.
(2) Οι σπάνιες γαίες και τα Pb, Bi και άλλα στοιχεία δημιουργούν διαμεταλλικές ενώσεις υψηλής τήξης με υψηλότερο σημείο τήξης από τον χαλκό. Επομένως, κατά τη διαδικασία τήξης και χύτευσης του χαλκού, μπορούν να παραμείνουν σε στερεή κατάσταση και να εξαλειφθούν από το υγρό κράμα χαλκού μετάλλου μαζί με τη σκωρία για να επιτευχθεί η απομάκρυνση του Pb, Ο σκοπός του Bi.
image.png
02 Βελτιώστε τον οργανισμό
Η επίδραση των σπάνιων γαιών στη μικροδομή του χαλκού και των κραμάτων χαλκού αντανακλάται κυρίως στη βελτίωση των κόκκων, τη μείωση ή την εξάλειψη των στηλών κρυστάλλων και την επέκταση των ισοαξονικών περιοχών κόκκων.
Υπάρχουν τρεις κύριες απόψεις σχετικά με τον μηχανισμό της διύλισης των σπάνιων γαιών της δομής του χαλκού και των κραμάτων χαλκού:
(1) Σχηματίζουν νέους κρυσταλλικούς πυρήνες και αναστέλλουν την ανάπτυξη των κόκκων.
(2) Μικροκρυστάλλωση.
(3) Φαινόμενο κράματος.
image.png
03Η επίδραση των σπάνιων γαιών στη δομή εγκλεισμού
Η επίδραση των σπάνιων γαιών στη δομή των εγκλεισμάτων οφείλεται κυρίως στην αλλαγή του σχήματος και της κατανομής των ακαθαρσιών. Οι κύριες εκδηλώσεις του περιλαμβάνουν τους ακόλουθους τέσσερις τύπους:
(1) Μειώστε ή εξαλείψτε τους δενδρίτες και τους στηλώδεις κρυστάλλους στη δομή του κράματος.
(2) Κάνετε ορισμένες ακαθαρσίες στο κράμα να εμφανίζονται με τη μορφή λωρίδων, φύλλων ή ακόμα και μπλοκ, βελτιώνοντας ή ενισχύοντας έτσι τις μηχανικές και μεταποιητικές ιδιότητες του χαλκού και των κραμάτων του.
(3) Ανακατανομή ορισμένων επιβλαβών ακαθαρσιών στο κράμα στον μικροσκοπικό όγκο του μετάλλου ή επηρεάζοντας τη μακροδιάσπαση ορισμένων ακαθαρσιών, οδηγώντας στη βελτίωση των διαφόρων ιδιοτήτων.
(4) Οι ενώσεις που περιέχουν σπάνιες γαίες προσροφούνται στα όρια των κόκκων μετάλλων ή κραμάτων, μειώνοντας τον αριθμό των επιβλαβών ακαθαρσιών χαμηλού σημείου τήξης στα όρια των κόκκων του κράματος, αποδυναμώνοντας έτσι την ευθραυστότητα του κράματος σε υψηλή θερμοκρασία.
image.png
3. Επίδραση των σπάνιων γαιών στις ιδιότητες του χαλκού και των κραμάτων χαλκού
01Επίδραση στην απόδοση της επεξεργασίας
Η προσθήκη κατάλληλης ποσότητας μετάλλων σπάνιων γαιών σε κράματα χαλκού μπορεί να βελτιώσει τις ιδιότητες χύτευσης του χαλκού και των κραμάτων χαλκού. Για διαφορετικούς τύπους κραμάτων χαλκού, η ρευστότητα μπορεί να αυξηθεί κατά 30% έως 40% μετά την προσθήκη σπάνιων γαιών.
Η προσθήκη {{0}},01% έως 0,03% μικτών σπάνιων γαιών μπορεί να αυξήσει σημαντικά την επιμήκυνση υψηλής θερμοκρασίας του παραμορφωμένου ορείχαλκου μολύβδου, να βελτιώσει την απόδοση της θερμής επεξεργασίας και να μειώσει ή να εξαλείψει τη ρηγμάτωση εν θερμώ έλασης. Η αφαίρεση ακαθαρσιών από στοιχεία σπάνιων γαιών αυξάνει την αντοχή των ορίων των κόκκων και μειώνει τον αριθμό των φάσεων ευθραυστότητας, αυξάνοντας έτσι την υψηλή θερμοκρασία σb και δ των κραμάτων χαλκού. Η προσθήκη σπάνιων γαιών μπορεί να μειώσει την τιμή της υπολειπόμενης τάσης και η σπάνια γη μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα ψυχρής παραμόρφωσης του υλικού εντός ενός συγκεκριμένου εύρους παραμόρφωσης (<14%).
02Επίδραση στην αντοχή στη φθορά
Τα στοιχεία σπανίων γαιών και χαλκού μπορούν να σχηματίσουν διαμεταλλικές ενώσεις με υψηλότερη σκληρότητα και ομοιόμορφη κατανομή. Αυτές οι ενώσεις γίνονται αντίσταση στην κίνηση εξάρθρωσης. και οι σπάνιες γαίες μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά τη μορφή ύπαρξης και την κατανομή των εγκλεισμάτων, να μειώσουν την πιθανότητα αποδυνάμωσης των ορίων των κόκκων και να μειώσουν Μειώνει την πιθανότητα ρωγμών κατά μήκος των ορίων κόκκων όταν υπόκεινται σε φορτίο, βελτιώνοντας έτσι την αντοχή στη φθορά.
Ο χυτός ορείχαλκος που περιέχει σπάνιες γαίες έχει υψηλή σκληρότητα, καλή πλαστικότητα και σκληρότητα, γεγονός που μπορεί να συντομεύσει το στάδιο λειτουργίας και να επεκτείνει το στάδιο σταθερής φθοράς, μειώνοντας έτσι τη φθορά και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του τεμαχίου εργασίας. Η προσθήκη Ce και B σε ορείχαλκο αλουμινίου με υψηλή περιεκτικότητα σε μαγγάνιο μπορεί να μειώσει την ξηρή τριβή και τη φθορά κατά περίπου 20% και την τριβή και τη φθορά της λίπανσης κατά περίπου 50%.
03 Επιδράσεις στις μηχανικές ιδιότητες και την ηλεκτρική αγωγιμότητα
Η επίδραση των σπάνιων γαιών στις μηχανικές ιδιότητες του χαλκού και των κραμάτων χαλκού αντανακλάται κυρίως στη σκληρότητα, την αντοχή, την πλαστικότητα κ.λπ. Όταν η περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες σε καθαρό χαλκό είναι {{0}}.1% έως {{ 4}},2%, η αντοχή αυξάνεται πολύ και όταν είναι μεγαλύτερη από 0,2%, η αντοχή αυξάνεται αργά.
Ο μηχανισμός της επίδρασης των σπάνιων γαιών στην αγωγιμότητα του χαλκού και των κραμάτων χαλκού θεωρείται γενικά ότι είναι: αφενός, το αποτέλεσμα εξευγενισμού των σπάνιων γαιών καθαρίζει τους κόκκους χαλκού, αυξάνει τα όρια των κόκκων και αυξάνει την πιθανότητα ηλεκτρικής διασποράς, με αποτέλεσμα σε αύξηση της ειδικής αντίστασης και μείωση της αγωγιμότητας. Από την άλλη πλευρά, το αποτέλεσμα καθαρισμού των σπάνιων γαιών μειώνει τις ακαθαρσίες στον χαλκό, αποδυναμώνει την παραμόρφωση του πλέγματος, μειώνει την πιθανότητα σκέδασης ηλεκτρονίων και βελτιώνει την αγωγιμότητα.
image.png
4. Συμπέρασμα
Οι σπάνιες γαίες μπορούν να καθαρίσουν τη δομή, να βελτιώσουν τη δομή και να αλλάξουν την κατανομή των εγκλεισμάτων σε χαλκό και κράματα χαλκού, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση επεξεργασίας, την αντοχή στη διάβρωση και τη φθορά, τις μηχανικές ιδιότητες και την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Επομένως, οι σπάνιες γαίες μπορούν να βελτιώσουν τον χαλκό και τα κράματα χαλκού. Η απόδοση έχει δημιουργήσει περισσότερες προσδοκίες.
Αν και πολλά υλικά χαλκού και κραμάτων χαλκού που περιέχουν σπάνιες γαίες με βιομηχανική σημασία και πρακτική αξία έχουν αναπτυχθεί επιτυχώς, περισσότεροι χαλκός και κράματα χαλκού δεν έχουν χρησιμοποιήσει ακόμη σπάνιες γαίες, επομένως πρέπει να αναπτυχθούν περισσότερο χαλκός και κράματα χαλκού που περιέχουν σπάνιες γαίες. Τα νέα υλικά κραμάτων επιτρέπουν ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών σπάνιων γαιών σε χαλκό και κράματα χαλκού, επιτρέποντας τη βιομηχανική παραγωγή. Οι τύποι πρόσθετων σπάνιων γαιών ή τα κύρια προϊόντα κραμάτων πρέπει να είναι πιο σειριακοί και οι παράμετροι όπως η προσθήκη μεθόδων και οι συνθήκες διεργασίας πρέπει να είναι πιο τέλειες.
Επί του παρόντος, πολλές μελέτες βρίσκονται ακόμη σε πειραματικό στάδιο. Ο μηχανισμός, οι κανόνες επιρροής, οι βασικές τεχνολογίες διεργασιών και άλλα ζητήματα της ικανότητας των σπάνιων γαιών να βελτιώνουν τις ιδιότητες του χαλκού και των κραμάτων χαλκού πρέπει ακόμη να διερευνηθούν περαιτέρω. Προκειμένου να δοθεί πλήρης σημασία στα πλεονεκτήματα των πόρων σπάνιων γαιών της χώρας μου, είναι απαραίτητο να ενισχυθεί η έρευνα εφαρμογών και η βασική θεωρητική έρευνα σπάνιων γαιών σε χαλκό και κράματα χαλκού, προκειμένου να προωθηθεί η πρόοδος της τεχνολογίας εφαρμογής σπάνιων γαιών και να επεκταθεί το πεδίο εφαρμογής των σπάνιων γαιών.
