Il team di ricerca della Lanzhou University of Technology ottiene una svolta importante nelle leghe madri composite di terre rare

Un team di ricerca della School of Metallurgy and Environmental Engineering ha compiuto progressi significativi nel controllo delle prestazioni delle leghe alluminio-silicio ipoeutettiche. Il team ha sviluppato una nuova superlega composita Al-Ti-La-Sr che migliora sostanzialmente sia la microstruttura che le proprietà meccaniche delle leghe di alluminio con solo un'aggiunta di tracce. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sul Journal of Rare Earths, una rivista internazionale leader nel campo dei materiali a terre rare e della metallurgia dei metalli non ferrosi. Classificata come rivista CAS Zone 1 TOP con un fattore di impatto di 7,2 per il 2024, la rivista gode di un'ampia influenza accademica e di una leadership industriale nella comunità internazionale delle scienze dei materiali. Il primo autore dell'articolo è il Ricercatore Ding Wanwu della School of Metallurgy and Environmental Engineering, con il Ricercatore Ding Wanwu e il Docente An Jiazhi come co-corrispondenti.

Sfida Industriale

Le leghe alluminio-silicio ipoeutettiche, come Al-7Si-0,3Mg, sono materiali fondamentali per componenti strutturali leggeri in apparecchiature di fascia alta, inclusi motori automobilistici e applicazioni aerospaziali. Tuttavia, la loro microstruttura allo stato fuso soffre tipicamente di grani α-Al grossolani e di una distribuzione aciculare (a forma di ago) del silicio eutettico. Questi problemi portano a bassa resistenza alla trazione e scarsa duttilità, rendendo difficile soddisfare i rigorosi requisiti della produzione di fascia alta per leghe di alluminio ad alte prestazioni. Le tecniche di modifica convenzionali impiegano spesso un trattamento combinato di affinamento dei grani e modifica della fase silicio. Tuttavia, gli elementi Ti e Sr tendono a mostrare effetti antagonisti, con conseguente limitato miglioramento delle prestazioni, ma anche livelli di aggiunta più elevati e costi maggiori.

Soluzione Innovativa e Meccanismo

Per affrontare questa sfida comune nell'industria, il team di ricerca ha sviluppato in modo innovativo una superlega composita a terre rare Al-Ti-La-Sr, superando con successo il collo di bottiglia tecnico causato dall'interferenza reciproca tra gli elementi tradizionali. Lo studio ha rilevato che la fase a terre rare Ti₂Al₂₀La formata nella lega svolge un duplice ruolo. Da un lato, agisce come un efficiente sito di nucleazione eterogenea, affinando significativamente i grani α-Al. Dall'altro, attraverso il rilascio di Ti e La e l'effetto sinergico con Sr, facilita la trasformazione del silicio eutettico da morfologia aciculare a granulare, promuovendo al contempo la precipitazione uniforme di fasi secondarie su scala nanometrica. Ciò stabilisce un meccanismo di rafforzamento sinergico multi-scala che combina l'affinamento dei grani, la sferoidizzazione della fase silicio e il rafforzamento della nano-fase. I risultati sperimentali dimostrano che con solo un'aggiunta di tracce (≤0,2%) della nuova superlega composita, la resistenza alla trazione della lega Al-7Si-0,3Mg aumenta di oltre il 32%, la resistenza allo snervamento di oltre il 44%, l'allungamento di oltre il 95% e la microdurezza di oltre il 26%. Le prestazioni complessive sono significativamente superiori al tradizionale processo Al-Ti-B + Sr, risolvendo efficacemente i principali punti dolenti dell'industria quali l'antagonismo elementare, gli elevati livelli di aggiunta e il limitato miglioramento delle prestazioni.

Prospettive Future

Guardando al futuro, il team di ricerca si concentrerà sulla preparazione a basso costo ed efficiente di superleghe a fase di terre rare micro-nano, sulla produzione di fili e sulle applicazioni ingegneristiche. Il team mira ad accelerare la traduzione e la promozione di questi risultati di ricerca, supportando l'aggiornamento tecnologico dei materiali leggeri nei veicoli a nuova energia, nella produzione di apparecchiature di fascia alta e in altri campi, contribuendo così allo sviluppo di alta qualità dell'industria cinese dei materiali metallici non ferrosi.