란저우 공과대학 연구팀이 희토류 복합 금속에 큰 돌파구를 달성했다

야금 및 환경 공학부 연구팀이 저융점 알루미늄-실리콘 합금의 성능 제어에 획기적인 발전을 이루었습니다. 연구팀은 미량 첨가만으로 알루미늄 합금의 미세 구조와 기계적 특성을 모두 크게 향상시키는 새로운 Al-Ti-La-Sr 복합 마스터 합금을 개발했습니다. 연구 결과는 희토류 재료 및 비철금속 야금 분야의 선도적인 국제 저널인 "희토류 저널"에 게재되었습니다. 2024년 영향력 지수 7.2의 CAS Zone 1 TOP 저널로 분류된 이 저널은 국제 재료 과학 커뮤니티에서 폭넓은 학술적 영향력과 산업 리더십을 보유하고 있습니다. 논문의 제1저자는 야금 및 환경 공학부의 딩 완우 연구원이며, 딩 완우 연구원과 안자즈 강사가 공동 교신저자로 참여했습니다.산업적 과제자동차 엔진 및 항공 우주 응용 분야를 포함한 첨단 장비의 경량 구조 부품에 대한 핵심 기초 재료인 저융점 알루미늄-실리콘 합금(예: Al-7Si-0.3Mg)은 주조 상태의 미세 구조가 일반적으로 거친 α-Al 결정립과 침상(바늘 모양)의 공정 실리콘 분포를 특징으로 합니다. 이러한 문제는 낮은 인장 강도와 낮은 연성을 초래하여 고성능 알루미늄 합금에 대한 첨단 제조의 엄격한 요구 사항을 충족하기 어렵게 만듭니다. 기존의 개질 기술은 종종 결정립 미세화와 실리콘 상 개질의 복합 처리를 사용합니다. 그러나 Ti와 Sr 원소는 길항 작용을 나타내는 경향이 있어 성능 향상이 제한될 뿐만 아니라 첨가량이 많아지고 비용이 증가합니다.혁신적인 솔루션 및 메커니즘이러한 업계의 일반적인 과제를 해결하기 위해 연구팀은 혁신적으로 Al-Ti-La-Sr 희토류 복합 마스터 합금을 개발하여 기존 원소 간의 상호 간섭으로 인한 기술적 병목 현상을 성공적으로 극복했습니다. 연구에 따르면 합금에서 형성된 Ti₂Al₂₂₀La 희토류 상은 이중 역할을 합니다. 한편으로는 효율적인 불균일 핵 생성 부위 역할을 하여 α-Al 결정립을 크게 미세화합니다. 다른 한편으로는 Ti와 La의 방출과 Sr과의 시너지 효과를 통해 공정 실리콘이 침상 형태에서 구형 형태로 변환되도록 촉진하고 나노 스케일 이차상의 균일한 침전을 촉진합니다. 이는 결정립 미세화, 실리콘 상 구상화, 나노 상 강화가 결합된 다중 스케일 시너지 강화 메커니즘을 구축합니다. 실험 결과에 따르면 새로운 복합 마스터 합금을 미량(≤0.2%) 첨가하는 것만으로도 Al-7Si-0.3Mg 합금의 인장 강도는 32% 이상, 항복 강도는 44% 이상, 연신율은 95% 이상, 미세 경도는 26% 이상 증가했습니다. 전체 성능은 전통적인 Al-Ti-B + Sr 공정보다 훨씬 우수하여 원소 길항 작용, 높은 첨가량, 제한된 성능 향상이라는 주요 산업 문제점을 효과적으로 해결했습니다.

주요 성능 향상(≤0.2% 첨가 시)

+32%

인장 강도

+44%