فريق أبحاث جامعة لانتشو للتكنولوجيا يحقق تقدمًا كبيرًا في السبائك الرئيسية للمركبات الأرضية النادرة

أحرز فريق بحثي من كلية علم المعادن والهندسة البيئية تقدماً كبيراً في التحكم بأداء سبائك الألومنيوم والسيليكون تحت اليوتكتيك. طور الفريق سبيكة رئيسية مركبة جديدة من الألومنيوم والتيتانيوم واللانثانوم والسترونشيوم تعزز بشكل كبير كلاً من البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية لسبائك الألومنيوم بإضافة ضئيلة فقط. تم نشر نتائج البحث في مجلة Journal of Rare Earths، وهي مجلة دولية رائدة في مجال مواد العناصر الأرضية النادرة والتعدين غير الحديدي. تم تصنيف المجلة كواحدة من أفضل المجلات في المنطقة الأولى من الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS Zone 1 TOP) بمعامل تأثير بلغ 7.2 لعام 2024، وتحظى المجلة بتأثير أكاديمي واسع وريادة صناعية في مجتمع علوم المواد الدولي. المؤلف الأول للورقة هو الباحث دينغ وان وو من كلية علم المعادن والهندسة البيئية، مع الباحث دينغ وان وو والمحاضر آن جيا تشي كمرسلين مشاركين.

تحدي الصناعة

تعتبر سبائك الألومنيوم والسيليكون تحت اليوتكتيك، مثل Al-7Si-0.3Mg، مواد أساسية رئيسية للمكونات الهيكلية خفيفة الوزن في المعدات المتطورة، بما في ذلك محركات السيارات وتطبيقات الطيران والفضاء. ومع ذلك، فإن بنيتها المجهرية المصبوبة عادة ما تعاني من حبيبات α-Al خشنة وتوزيع إبري (شبيه بالإبر) لسيليكون اليوتكتيك. تؤدي هذه المشكلات إلى ضعف قوة الشد وضعف المتانة، مما يجعل من الصعب تلبية المتطلبات الصارمة للتصنيع المتطور لسبائك الألومنيوم عالية الأداء. غالبًا ما تستخدم تقنيات التعديل التقليدية معالجة مشتركة لتكرير الحبيبات وتعديل طور السيليكون. ومع ذلك، تميل عناصر التيتانيوم والسترونشيوم إلى إظهار تأثيرات متضاربة، مما لا يؤدي فقط إلى تحسين محدود في الأداء، بل أيضًا إلى مستويات إضافة أعلى وزيادة في التكاليف.

حل مبتكر وآلية

لمعالجة هذا التحدي المشترك في الصناعة، طور فريق البحث بشكل مبتكر سبيكة رئيسية مركبة من العناصر الأرضية النادرة من الألومنيوم والتيتانيوم واللانثانوم والسترونشيوم، متغلبًا بنجاح على الاختناق التقني الناجم عن التداخل المتبادل بين العناصر التقليدية. وجدت الدراسة أن طور Ti₂Al₂₀La من العناصر الأرضية النادرة المتكون في السبيكة يلعب دورًا مزدوجًا. من ناحية، يعمل كموقع فعال للتنوّي غير المتجانس، مما يؤدي إلى تكرير حبيبات α-Al بشكل كبير. من ناحية أخرى، من خلال إطلاق التيتانيوم واللانثانوم والتأثير التآزري مع السترونشيوم، فإنه يسهل تحويل سيليكون اليوتكتيك من شكل إبري إلى شكل حبيبي، مع تعزيز الترسيب المنتظم للأطوار الثانوية النانوية. هذا ينشئ آلية تقوية تآزرية متعددة المقاييس تجمع بين تكرير الحبيبات، وكروية طور السيليكون، وتقوية الأطوار النانوية. تظهر النتائج التجريبية أنه مع إضافة ضئيلة فقط (≤0.2%) من السبيكة الرئيسية المركبة الجديدة، تزداد قوة الشد لسبائك Al-7Si-0.3Mg بأكثر من 32%، وقوة الخضوع بأكثر من 44%، والاستطالة بأكثر من 95%، والصلابة المجهرية بأكثر من 26%. الأداء العام متفوق بشكل كبير على عملية Al-Ti-B + Sr التقليدية، مما يحل بفعالية نقاط الألم الرئيسية في الصناعة المتمثلة في التضارب بين العناصر، ومستويات الإضافة العالية، وضعف تعزيز الأداء.

نظرة مستقبلية

بالنظر إلى المستقبل، سيركز فريق البحث على التحضير منخفض التكلفة والفعال لسبائك رئيسية من الأطوار النانوية الدقيقة، وإنتاج الأسلاك، والتطبيقات الهندسية. يهدف الفريق إلى تسريع ترجمة وترويج هذه النتائج البحثية، ودعم التحديث التكنولوجي للمواد خفيفة الوزن في مركبات الطاقة الجديدة، وتصنيع المعدات المتطورة، وغيرها من المجالات، وبالتالي المساهمة في التطوير عالي الجودة لصناعة مواد المعادن غير الحديدية في الصين.