캐스트 마그네슘 레이스 지구 합금에서의 곡물 정제의 연구 진행 및 전망

1. 백경과 중요성

캐스트 마그네슘 희토류 합금은 저밀도, 높은 특이 적 강도 및 특이 적 강성 및 우수한 크리프 저항의 특성을 갖습니다. 그들은 종종 엔진 케이싱 및 캐리어 캐빈과 같은 중요한 항공 우주 구성 요소를 형성하는 데 사용되며, 항공기 무게를 줄이고, 부하 및 기동성을 향상 시키며, 항공 우주, 방어 및 군사 분야에서 광범위한 응용 전망을 가질 수 있습니다. 그러나, 변형 된 합금과 비교하여, 주조 마그네슘 희토류 합금의 구조는 비교적 거칠고, 강도와 강인성이 불충분하며, 뜨거운 균열 및 수축과 같은 주물 결함을 쉽게 생산할 수 있으며, 이는 고성능 캐스트 마그네슘 마그네슘 지구 합금의 개발 및 적용을 심각하게 제한한다. 곡물 정제 처리는 마그네슘 희토류 합금의 주조 공정 성능 및 기계적 특성을 동시에 향상시킬 수 있으며, 캐스트 마그네슘 희토류 합금의 준비 품질 및 서비스 성능을 결정하는 데 핵심적인 링크입니다. 그러나, 마그네슘 희토류 합금의 주조에는 많은 공정 링크가 포함되며, 다른 공정 링크는 곡물 정제에 중요한 영향을 미칩니다.

최근 상하이 지아 오 통 대학교 (shanghai jiao tong university)의 wu 교수, tong 부교수 및 wang 부교수는 마그네슘 희토류 합금의 전체 캐스팅 과정을 메인 라인으로 체계적으로 요약했으며 체계적으로 요약, 정제 처리 및 정제 처리, 외부 에너지 분야 및 마그네슘 알 합금의 그레인 세련가에 대한 다른 캐스팅 과정의 영향을 체계적으로 요약했습니다 (1에서 보여줍니다). 그들은 다른 각도에서 마그네슘 희토류 합금의 입자 크기의 제어 방법에 대해 논의했으며, 다른 정제 및 정제와 정제 사이의 상호 작용, 외부 에너지 필드 및 리피너의 복합 처리의 상호 작용의 최신 진행에 중점을 두었습니다. 그들은 현재의 문제를 지적하고 마그네슘 희토류 합금의 곡물 정제 처리의 개발 경향을 고대하여 향후 마그네슘 합금의 효율적인 정제 처리를위한 새로운 아이디어를 제공했습니다.

그림 1 : 마그네슘 희토류 합금 캐스팅 동안 곡물 정제에 대한 다양한 과정의 영향

2. 그라프 투어

먼저, 희토류 마그네슘 희토류 합금의 입자 정제에 대한 희토류 용질 요소 및 이종 핵 형성 입자의 효과가 검토된다. 마그네슘 합금의 일반적인 희토류 합금 요소에는 gd, y, nd, la, ce, sm, yb 등이 포함되며, 이는 고체-액체 인터페이스의 전면에서 분리되어 초 냉각 조성물을 형성하고, 새로운 핵의 형성을 촉진하며, 원래 핵의 지속적인 성장을 억제합니다. 그러나, 희토류 원소의 구성을 과냉각시킴으로써 마그네슘 합금의 효율적인 곡물 정제를 달성하기가 어렵다. 따라서, 마그네슘 희토류 합금은 종종 곡물 정제를 위해 zr로 처리되며 종종 mg-zr 마스터 합금 형태로 첨가된다. 연구에 따르면 mg-zr 마스터 합금에서 zr의 존재 형태는 곡물 정제 효과의 핵심입니다. 미세하고 균일 한 zr 입자를 갖는 mg-zr 마스터 합금은 입자 정제 효율이 높다. 표 1에 도시 된 바와 같이, 압출, 롤링, 교반 마찰 처리 및 동일한 채널 압출과 같은 전처리는 mg-zr 마스터 합금에서 zr의 존재 형태를 최적화하고 zr 입자 응집을 분해하며 zr 입자 크기를 정제 할 수있다. 최신 연구에 따르면 나노 스케일 zr 입자는 고주파 펄스 재전술을 통해 mg-zr 마스터 합금에서 제조 될 수 있으며, 이는 zr의 용해를 촉진하고 용융물에서 효과적인 zr 핵의 수를 증가시키고, 그림 2에서 도시 된 것처럼 zr-conning molten 소금을 사용하여 곡물 정제 효율의 수를 증가시킨다. 현장은 곡물 정제 효과가 좋은 0.5 ~ 3μm zr 입자를 생성합니다. 그러나, 일부 용융 소포는 용융물로부터 효과적으로 분리하기가 어렵 기 때문에 용융물의 순도를 감소시킨다.

표 1 : mg-zr 마스터 합금에 일반적으로 사용되는 전처리 수정 방법

그림 2 : 고주파 펄스 재전전 후 고주파 펄스 후 mg-zr 마스터 합금의 미세 구조 및 정제 효과

zr 외에도, al2re (al2gd, al2y, al2sm 등)는 종종 마그네슘 희토류 합금에서 이종 핵 형성 입자로서 사용된다. al2re 입자는 주로 al 및 희토류 원소의 현장 반응에 의해 형성되며, 이는 zr 합금 방법과 다릅니다. 높은 용융점으로 인해, al-re는 입자 경계에 고정 효과를 갖고 mg-re-al 합금의 미세 구조 안정성은 mg-re-zr 합금의 미세 구조 안정성보다 높다. 그러나, al2re의 형성은 일정량의 희토류 요소를 소비 할 것이므로, al의 과도한 첨가는 합금의 항복 강도를 감소시키고 mg-gd-y 및 mg-sm과 같은 합금에서 검증 된 약화 된 노화 경화 반응을 초래할 것이다. 또한, al2re는 합금의 응고 동안 형성되며, 그 크기 및 분포 특성은 al/re 농도 비율 및 냉각 속도에 의해 결정된다. 느린 냉각 속도 (예 : 모래 주조)로 주조 공정 조건에서 al2re의 곡물 정제 효과가 줄어 듭니다. 요약하면, 최상의 입자 정제 효과를 얻으려면 마그네슘 희토류 합금의 화학적 조성 및 실제 응고 조건을 동시에 고려해야합니다.

둘째, 펄스, 펄스 자기장 및 초음파 처리를 포함하여 마그네슘 층 지구 합금의 물리적 정제 방법이 검토된다. 이러한 외부 물리적 필드는 용융물에서 강한 대류를 유도 할 수 있으며, 생성 된 캐비테이션 효과는 덴드리트 암을 깨고 핵 형성 속도를 증가시킬 것이다; 외부 에너지 필드는 또한 핵 생성에 필요한 핵 생성 작업을 만족시키고 용융물의 배아 수를 늘리는 데 도움이된다. 특히, 외부 물리적 필드가 zr 또는 al2re 피닝 처리와 결합 될 때, 더 나은 곡물 정제 효과를 달성 할 수있다. 예를 들어, 초음파 처리가 mg-5sm-al 합금에 적용된 후, 초음파 필드의 캐비테이션 효과 및 음향 스트리밍 효과는 현장 생성 된 al2sm 입자를 효과적으로 개선하고 분포 균질성을 향상시킨다. al2sm 입자의 이종 핵 생성 효능이 향상되고, 곡물 정제 효과가 더 현저하다. 이 연구는 또한 물리적 필드의 온도 범위가 곡물 정제 효과에 중요한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, b.nagasivamuni et al. 초음파 처리가 mg-zr 합금의 와이어 온도 이상으로 적용될 때, zr 입자의 침전은 효과적으로 흡착 될 수 있고 마그네슘 액체에서의 zr의 용해가 가속 될 수 있음을 발견했다; 초음파 처리가 합금 용액에 계속 작용하는 경우, zr 입자의 침전 및 흡착이 추가로 감소 될 것이다. 따라서, zr/al2re 및 물리적 필드 복합 처리의 사용은 마그네슘 희토류 합금의 입자 정제를 달성 할 것으로 예상되며, 이는 고성능 캐스트 마그네슘 희토류 합금의 개발을위한 중요한 방향 중 하나가 될 것이다.

정제 후, 마그네슘 희토류 합금은 종종 정제되어야합니다. 정제 및 정제는 복잡한 고온 야금 반응 과정을 포함하기 때문에, 둘 사이에 특정 상호 작용이 있으며, 상호 작용의 결과는 용융물의 최종 준비 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 마그네슘 희토류 합금 정제 및 정제 사이의 상호 작용은 주로 다음을 포함하여 세 가지 측면에 반영됩니다. (1) 특정 포함 또는 불순물 요소는 특정 개선 효과를 가져올 수 있습니다. (2) 특정 정제 매체는 특정 정제 효과를 가져올 수있다. (3) 특정 정제 매체 및 정제 매체는 서로 상호 작용할 것입니다. 예를 들어, 마그네슘 합금 용융물에서 일반적인 산화 산화물 내포물 mgo 및 불순물 요소 fe는 주로 mgo 입자 및 일부 fe- 함유 단계가 α-mg에 대한 이질적인 핵 형성 부위로서 작용할 수 있기 때문에 마그네슘 합금의 곡물 정제에 특정한 영향을 미친다; 용융물에서 zr 및 re와 같은 정제 요소 또는 입자는 용융물에서 fe 및 ni와 같은 불순물 요소와 반응하여 불용성 화합물을 형성하여 용융의 순도를 개선시킬 것이다. 정제 배지와 정제 배지 사이의 상호 작용은 주로 두 가지 점으로 나타납니다. 첫째, 정제 된 정제 후 서있는 과정에서 고밀도 성분 (예 : zr 입자, re 요소)은 정제 제에 포함되어 동시에 침전 될 것입니다. 스탠딩 시간이 증가함에 따라 용융 정제 효과가 개선되지만 정제 효과가 감소하기 시작합니다. 둘째, 정제 공정 동안, 플럭스는 re 및 zr 요소와 흡착되거나 반응하여 re 및 zr 요소의 손실을 유발하고 곡물 정제 효과를 감소시킨다. 위의 상호 작용을 이해하고 잘 활용하면 기존 마그네슘 희토류 합금 용해의 준비 품질을 향상시키는 데 도움이됩니다.

그림 3 : 마그네슘 희토류 합금 용융물에서 정제 배지 및 정제 배지에 의해 형성된 응집체의 구조 및 퇴적 거동

마지막으로, 고압 캐스팅, 스퀴즈 캐스팅, 반 동성 캐스팅, 트윈 롤 캐스팅, 반고체 형성 등의 다양한 주조 방법이 검토되고, 마그네슘 희토리 합금의 입자 정제에 대한 다양한 주조 방법의 영향에 대해 논의합니다. 상이한 주조 방법의 본질은 상이한 온도 필드, 용질 필드, 흐름장 등을 포함한 다른 고화 조건이다. 예를 들어, 다이 주물의 벽 두께는 작고 냉각 속도는 매우 빠릅니다. 다이 캐스트 마그네슘 희토류 합금의 입자 크기는 일반적으로 가장 작고 3 ~ 10μm이지만 배럴의 양 결정화 효과로 인해 다이 캐스트 마그네슘 희토류 합금은 일반적으로 바이 모달 곡물 구조를 나타냅니다. 스퀴즈 캐스팅 과정에서 용융물은 안정적인 층류로 흐르고 주조의 내부 품질이 좋습니다. 따라서, 스퀴즈 캐스팅 마그네슘 합금은 열 처리 될 수 있으며, 마그네슘 희토류 합금의 강한 노화 경화의 장점에 대한 완전한 놀이를 제공 할 수있다; 반 연속 주물 잉곳 크기는 크고, 마그네슘 희토류 합금 잉곳의 표면과 코어의 냉각 속도는 상당히 다르므로 곡물 크기 분포가 고르지 않게됩니다. 결정화 제에서의 전자기 보조 주조는 반 연속 캐스트 마그네슘 희토류 합금의 미세 구조의 균일 성을 효과적으로 향상시킬 수있다; 트윈 롤 캐스팅은 짧은 프로세스 마그네슘 희토리 합금 시트 형성 방법을 제공합니다. 빠른 냉각 및 변형력의 결합 하에서, 마그네슘 희토류 합금의 입자 크기는 작다; 반고체 형성된 마그네슘 희토류 합금에는 1 차 입자와 2 차 1 차 입자가 포함되어 있으므로 반고체 마그네슘 희토류 합금은 또한 전형적인 바이 모달 입자 구조를 나타냅니다. 조성 및 주조 공정 조건 모두 마그네슘 희토류 합금의 입자 크기에 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다.

3. 연결 및 전망

곡물 정제는 캐스트 마그네슘 희토류 합금의 품질과 성능을 결정하는 열쇠입니다. mg-zr 마스터 합금을 통한 zr 합금은 여전히 ​​마그네슘 희토류 합금의 실제 생산 공정에서 가장 간단하고 가장 효과적인 곡물 정제 처리 방법 중 하나이지만 zr 합금 온도는 높고 zr 수율은 낮으며 정제 효과가 더욱 향상되어야합니다. gaochuang 희토류는 새로운 유형의 mg-zr 마스터 합금을 개발하기 위해 mg 및 zr을 직접 합금합니다. 전통적인 mg-zr 마스터 합금과 비교하여, zr 함량은 균등하게 분포되고 입자 크기가 작으므로 zr 수율을 크게 향상시키고 희토류 마그네슘 합금의 입자 정제를위한 양호한 솔루션을 제공합니다.