Onderzoeksteam van Lanzhou University of Technology boekt grote doorbraak in zeldzame aardmetalen composiet hoofdlegeringen

Een onderzoeksteam van de School of Metallurgy and Environmental Engineering heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt in de prestatieregeling van hypo-eutectische aluminium-siliciumlegeringen. Het team heeft een nieuwe Al-Ti-La-Sr composiet masterlegering ontwikkeld die zowel de microstructuur als de mechanische eigenschappen van aluminiumlegeringen aanzienlijk verbetert met slechts een spoor toevoeging. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in de Journal of Rare Earths, een toonaangevend internationaal tijdschrift op het gebied van zeldzame aardmetalen en non-ferrometaalmetallurgie. Geclassificeerd als een CAS Zone 1 TOP-tijdschrift met een impactfactor van 7,2 voor 2024, heeft het tijdschrift een brede academische invloed en leiderschap in de industrie binnen de internationale materiaalkunde gemeenschap. De eerste auteur van het artikel is onderzoeker Ding Wanwu van de School of Metallurgy and Environmental Engineering, met onderzoeker Ding Wanwu en docent An Jiazhi als co-correspondente auteurs.

Industriële Uitdaging

Hypo-eutectische aluminium-siliciumlegeringen, zoals Al-7Si-0,3Mg, zijn belangrijke basismaterialen voor lichtgewicht structurele componenten in high-end apparatuur, waaronder automotoren en luchtvaarttoepassingen. Hun gietstructuur lijdt echter typisch onder grove α-Al-korrels en aciculaire (naaldachtige) eutectische siliciumverdeling. Deze problemen leiden tot een lage treksterkte en slechte ductiliteit, waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de strenge eisen van high-end productie voor hoogwaardige aluminiumlegeringen. Conventionele modificatietechnieken maken vaak gebruik van een gecombineerde behandeling van korrelverfijning en modificatie van de siliciumfase. Toch hebben Ti- en Sr-elementen de neiging om antagonistische effecten te vertonen, wat resulteert in niet alleen beperkte prestatieverbeteringen, maar ook in hogere toevoegingsniveaus en hogere kosten.

Innovatieve Oplossing & Mechanisme

Om deze veelvoorkomende uitdaging in de industrie aan te pakken, heeft het onderzoeksteam op innovatieve wijze een Al-Ti-La-Sr zeldzame aardcomposiet masterlegering ontwikkeld, waarmee de technische bottleneck veroorzaakt door wederzijdse interferentie tussen traditionele elementen succesvol is overwonnen. De studie toonde aan dat de Ti₂Al₂₂₀La zeldzame aardfase die in de legering wordt gevormd, een dubbele rol speelt. Enerzijds fungeert het als een efficiënte heterogene nucleatieplaats, waardoor α-Al-korrels aanzienlijk worden verfijnd. Anderzijds, door de afgifte van Ti en La en het synergetische effect met Sr, faciliteert het de transformatie van eutectisch silicium van aciculaire naar granulair morfologie, terwijl het de uniforme precipitatie van nano-schaal secundaire fasen bevordert. Dit vestigt een multi-schaal synergetisch versterkingsmechanisme dat korrelverfijning, siliciumfase spheroidisatie en nano-fase versterking combineert. Experimentele resultaten tonen aan dat met slechts een spoor toevoeging (≤0,2%) van de nieuwe composiet masterlegering, de treksterkte van de Al-7Si-0,3Mg legering met meer dan 32% wordt verhoogd, de vloeigrens met meer dan 44%, de rek met meer dan 95% en de microhardheid met meer dan 26%. De algehele prestaties zijn aanzienlijk beter dan het traditionele Al-Ti-B + Sr proces, waardoor de belangrijkste pijnpunten in de industrie van elementaire antagonisme, hoge toevoegingsniveaus en beperkte prestatieverbetering effectief worden opgelost.

Toekomstperspectief

Vooruitkijkend zal het onderzoeksteam zich richten op de kosteneffectieve en efficiënte bereiding van micro-nano zeldzame aardfase masterlegeringen, draadproductie en technische toepassingen. Het team streeft ernaar de vertaling en promotie van deze onderzoeksresultaten te versnellen, ter ondersteuning van de technologische upgrade van lichtgewicht materialen in nieuwe energievoertuigen, high-end apparatuurproductie en andere gebieden, en zo bij te dragen aan de hoogwaardige ontwikkeling van China's non-ferrometaalmaterialenindustrie.