새로운 세대의 고성능 알루미늄 합금 - 알루미늄 - 스캔듐 합금

【요약】 : 알루미늄 합금은 국가 경제 건설 및 보안을위한 중요한 엔지니어링 자료입니다. 세계의 알루미늄 합금 재료가 항공 우주 및 일부 특수 산업 부문과 같은 군사 산업의 요구를 충족시키는 것 외에도 고강도 및 강인함과 같은 고성능 방향으로 발전함에 따라 다양한 조건과 용도를 충족 할 수있는 다양한 특성 및 기능을 갖춘 일련의 새로운 민간 알루미늄 합금 재료도 개발됩니다. 알루미늄은 저밀도와 비용으로 인해 항공 우주 공학에 오랫동안 중요한 기본 재료였습니다. 그러나 순수한 알루미늄의 성능은 여러 차례 강도, 강인성 및 부식성에 대한 항공 우주 재료의 요구 사항을 충족시킬 수 없으므로 사람들은 알루미늄 재료의 성능을 향상시키기 위해 순수한 알루미늄에 다양한 합금 요소를 추가하려고합니다. 그러나 지금까지 중국의 고성능 알루미늄 합금 준비를위한 일부 주요 기술에는 돌파구가 없습니다. 많은 주요 모델에 필요한 고성능 알루미늄 합금 재료는 여전히 수입에 의존합니다. 고성능 알루미늄 합금의 연구 및 개발은 더욱 향상되어야하며, 알루미늄-스크랜듐 합금에 대한 연구는 알루미늄 합금에 새로운 기회를 가져 왔습니다!

1. 알루미늄-스칸디움 합금의 뷰

scandium, 요소 기호 sc, 원자 번호 21은주기 테이블의 네 번째 기간에서 첫 번째 전이 요소이며 그룹 iiib에 속합니다. 주기 테이블의 원자 번호 13 인 알루미늄, 원소 기호 al, 원자 번호 13은 그룹 iiia의 금속 요소이며, 상대 밀도는 2.7g/cm³, 녹는 점은 660 ℃ 및 2327 ℃의 끓는점이다.

그림 1 스칸듐 소개

중국은 알루미늄 산업의 가장 큰 생산자이자 소비자가되었지만 여전히 알루미늄 산업 체인의 중간 및 최저 엔드에 있습니다. 독립적으로 개발 된 고급 합금 재료는 거의 없으며 고급 제품은 수입에 크게 의존합니다. al-cu 및 al-zn 시리즈로 대표되는 고급 주조 알루미늄 합금은 고강도 및 우수한 주조 성능과 같은 놀라운 특성을 가지고 있습니다. 그러나 희귀 원소의 사용 비용은 약간 높아서 알루미늄 합금의 적용을 제한합니다. 1990 년대 이래로 러시아는 현재 세계 알루미늄-스캔듐 합금 시장에서 주요 위치에있는 알루미늄-스캔듐 합금의 발전에 많은 투자를 해왔으며, ai-mg-sc, ai-zn-mg-sc, ai-zn-mg-cu-sc, and and and and and and and ai-mg-cu-sc 및 ai-mg-sc를 형성했습니다. ai-cu-mg-sc 시리즈 변형 된 알루미늄 합금 및 스칸듐 함량은 0.18% ~ 0.5%에 불과합니다. 중국은 알루미늄-스칸디움 합금의 발달을 늦게 시작했으며 현재 두 학년에 불과하며 러시아에 비해 큰 차이입니다.

2020 년에 세계의 sc 매장량은 약 2200kt이며, 그 중 90% ~ 95%는 보크 사이트, 인 포스 포 라이트 및 일 메 나이트에서 주로 러시아와 중국에 분포되어 있습니다. 순수한 sc는 약간의 노란색 색조를 가진 은색이며 금속 광택이 있습니다. 그것은 매우 부드럽고 어닐링하지 않고 얇은 시트로 굴릴 수 있습니다. sc와 그 화합물의 양은 크지 않지만, 비철 금속 합금 재료, 전기 광원 재료, 정밀 세라믹, 고체 전해질, 촉매 재료, 핵 산업 재료, 레이저 결정, 반도체 및 초전도 재료와 같은 모든 재료 영역을 포함하는 응용 영역은 매우 넓습니다.

표 1 중국의 주요 스칸듐 함유 광물 분포

출처 : 중국의 스칸듐 광석 자원에 대한 개요 및 산업 개발에 대한 제안

al-sc 합금의 연구 개발 및 적용 측면에서, 구소련과 러시아는 최전선에 있으며 항공기 구조에서 널리 사용 된 1420 합금과 같은 우수한 성능을 가진 일련의 알루미늄 스캔듐 합금을 개발했습니다. 1421 합금은 sc를 함유하는 al-mg-li-ri-r-sc 합금이며, 압출 프로파일은 전송 항공기 동체의 세로 빔을 제조하는데 사용되었으며 잘 접수되었습니다.

그림 2 알루미늄-스칸디움 합금 플레이트

알루미늄 합금에 대한 스칸듐의 영향

영국의 brunel university의 과학자 인 dg eskin의 연구에 따르면 sc는 알루미늄 및 알루미늄 합금에 가장 적합한 정제소이며 가장 큰 정제 효과를 가지고 있습니다. y 및 la 시리즈의 sc와 15 가지 요소는 요소 기간의 iii b 그룹에 속합니다. 주요 화학적 특성은 y 및 la 시리즈 요소의 특성과 유사하며 동일한 산화 상태를 갖습니다. 스칸듐의 격자 상수, 밀도 및 일부 물리적 및 기계적 특성은 알루미늄의 특성에 가깝기 때문에 알루미늄 합금에 이상적인 합금 요소가됩니다. 스칸듐의 밀도는 2.99g/cm³에 불과하며 알루미늄과 동일한 광금에 속합니다. 또한, 다른 원소보다 알루미늄 합금에 훨씬 더 큰 강화 효과가 있습니다. 전이 요소 및 희토류 요소로서, 캐스트 합금 입자를 크게 정제하고, 재결정 온도를 증가시켜, 알루미늄 합금의 강도와 인성을 향상시킬 수있을뿐만 아니라, 용접 성, 내열성, 부식성, 열 안정성 및 알루미늄 합금의 중성 방사선 손상에 대한 저항성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 따라서, 알루미늄-스캔듐 합금은 항공 우주 및 선박을위한 새로운 세대의 고성능 알루미늄 합금 구조 재료로 간주됩니다.

sc는 알루미늄 및 알루미늄 합금의 곡물 정제에 마법의 영향을 미칩니다. sc의 sc를 수천으로 추가하면 al3sc 금속 간 위상을 생성하면 알루미늄 및 알루미늄 합금에 대한 상당한 곡물 정제 효과가 있으며, 고온 강도, 구조적 안정성, 용접 성 및 합금의 부식성을 크게 향상시킬 수 있으며, 이에 대한 고유 한도에서 발생하는 포용성 중지를 피하고, 그로 인해 성능이 뛰어납니다.

소량의 스칸듐은 알루미늄 합금의 특성을 크게 변화시킬 수 있습니다. scandium은 알루미늄에 우수한 분산 강화 효과를 가지며 뜨거운 가공 또는 어닐링 상태에서 안정적인 비 회전 구조를 유지합니다. 재결정 화에 대한 스칸듐의 억제 효과는 용접의 열 영향 구역에서 재결정 구조를 제거하여 알루미늄-스캔듐 합금을 함유하는 용접 관절이 더 높은 강도 및 부식 저항을 갖도록 할 수있다. 동시에, scandium에 의한 알루미늄 합금의 부식 저항의 개선은 또한 입자의 정제 및 scandium에 의한 재결정 화 과정의 억제로 인한 것이다. 스칸디움을 첨가하면 알루미늄 합금이 우수한 초소성을 가질 수 있습니다. 초소형 처리 후, 약 0.5% 스캔듐을 갖는 알루미늄 합금의 신장은 1100%에 도달 할 수있다. 예를 들어, 알루미늄-스캔듐 합금의 항복 강도는 알루미늄-마그네슘 합금의 것보다 150% 높으며 동시에 밀도와 부식 저항을 유지할 수 있습니다. 또한, 스칸듐은 또한 합금 용접 조인트의 품질을 증가시키고, 용접 크래킹을 피하며, 피로 수명을 200%증가시킵니다. 따라서 알루미늄-스칸디움 합금은 항공 우주, 항공 및 조선 산업을위한 새로운 세대의 경량 구조 재료가 될 것으로 예상됩니다.

그림 3 알루미늄-스캔듐 합금 성형 부품