Tim Penelitian Universitas Teknologi Lanzhou Mencapai Terobosan Besar dalam Paduan Master Komposit Bumi Langka

Sebuah tim peneliti dari Sekolah Metalurgi dan Teknik Lingkungan telah membuat kemajuan signifikan dalam pengendalian kinerja paduan aluminium-silikon hipoeutektik. Tim ini telah mengembangkan paduan induk komposit Al-Ti-La-Sr baru yang secara substansial meningkatkan baik mikrostruktur maupun sifat mekanik paduan aluminium dengan hanya penambahan jejak. Temuan penelitian telah dipublikasikan di Journal of Rare Earths, sebuah jurnal internasional terkemuka di bidang material tanah jarang dan metalurgi non-besi. Diklasifikasikan sebagai jurnal TOP Zona 1 CAS dengan faktor dampak 7,2 untuk tahun 2024, jurnal ini memegang pengaruh akademik yang luas dan kepemimpinan industri dalam komunitas ilmu material internasional. Penulis pertama dari makalah ini adalah Peneliti Ding Wanwu dari Sekolah Metalurgi dan Teknik Lingkungan, dengan Peneliti Ding Wanwu dan Dosen An Jiazhi sebagai penulis korespondensi bersama.

Tantangan Industri

Paduan aluminium-silikon hipoeutektik, seperti Al-7Si-0,3Mg, adalah material dasar utama untuk komponen struktural ringan dalam peralatan kelas atas, termasuk mesin otomotif dan aplikasi kedirgantaraan. Namun, mikrostruktur corannya biasanya menderita butiran α-Al yang kasar dan distribusi silikon eutektik yang berbentuk jarum (acicular). Masalah-masalah ini menyebabkan kekuatan tarik yang rendah dan daktilitas yang buruk, sehingga sulit untuk memenuhi persyaratan ketat manufaktur kelas atas untuk paduan aluminium berkinerja tinggi. Teknik modifikasi konvensional sering menggunakan perlakuan gabungan pemurnian butir dan modifikasi fase silikon. Namun, unsur Ti dan Sr cenderung menunjukkan efek antagonistik, yang mengakibatkan tidak hanya peningkatan kinerja yang terbatas tetapi juga tingkat penambahan yang lebih tinggi dan biaya yang meningkat.

Solusi & Mekanisme Inovatif

Untuk mengatasi tantangan umum ini dalam industri, tim peneliti secara inovatif mengembangkan paduan induk komposit tanah jarang Al-Ti-La-Sr, berhasil mengatasi hambatan teknis yang disebabkan oleh interferensi timbal balik di antara unsur-unsur tradisional. Studi ini menemukan bahwa fase tanah jarang Ti₂Al₂₀La yang terbentuk dalam paduan memainkan peran ganda. Di satu sisi, ia bertindak sebagai situs nukleasi heterogen yang efisien, secara signifikan memurnikan butir α-Al. Di sisi lain, melalui pelepasan Ti dan La serta efek sinergis dengan Sr, ia memfasilitasi transformasi silikon eutektik dari morfologi jarum menjadi granular, sambil mempromosikan pengendapan seragam fase sekunder skala nano. Ini membentuk mekanisme penguatan sinergis multi-skala yang menggabungkan pemurnian butir, sferoidisasi fase silikon, dan penguatan fase nano. Hasil eksperimental menunjukkan bahwa dengan hanya penambahan jejak (≤0,2%) paduan induk komposit baru, kekuatan tarik paduan Al-7Si-0,3Mg meningkat lebih dari 32%, kekuatan luluh lebih dari 44%, perpanjangan lebih dari 95%, dan kekerasan mikro lebih dari 26%. Kinerja keseluruhan secara signifikan lebih unggul daripada proses Al-Ti-B + Sr tradisional, secara efektif menyelesaikan masalah utama industri seperti antagonisme unsur, tingkat penambahan tinggi, dan peningkatan kinerja yang terbatas.

Prospek Masa Depan

Ke depan, tim peneliti akan fokus pada persiapan paduan induk fase tanah jarang mikro-nano yang hemat biaya dan efisien, produksi kawat, dan aplikasi teknik. Tim ini bertujuan untuk mempercepat terjemahan dan promosi hasil penelitian ini, mendukung peningkatan teknologi material ringan dalam kendaraan energi baru, manufaktur peralatan kelas atas, dan bidang lainnya, sehingga berkontribusi pada pengembangan berkualitas tinggi industri material non-besi Tiongkok.