Equipe de Pesquisa da Universidade de Tecnologia de Lanzhou Alcança Grande Avanço em Ligas Mestras de Compósitos de Terras Raras

Uma equipe de pesquisa da Escola de Engenharia Metalúrgica e Ambiental fez um progresso significativo no controle de desempenho de ligas hipoeutéticas de alumínio-silício. A equipe desenvolveu uma nova superliga composta de Al-Ti-La-Sr que aprimora substancialmente tanto a microestrutura quanto as propriedades mecânicas de ligas de alumínio com apenas adição de traços. Os resultados da pesquisa foram publicados no Journal of Rare Earths, um periódico internacional líder na área de materiais de terras raras e metalurgia de metais não ferrosos. Classificado como um periódico CAS Zone 1 TOP com um fator de impacto de 7,2 para 2024, o periódico detém ampla influência acadêmica e liderança industrial na comunidade internacional de ciência de materiais. O primeiro autor do artigo é o Pesquisador Ding Wanwu da Escola de Engenharia Metalúrgica e Ambiental, com o Pesquisador Ding Wanwu e o Professor An Jiazhi servindo como co-autores correspondentes.

Desafio da Indústria

Ligas hipoeutéticas de alumínio-silício, como Al-7Si-0,3Mg, são materiais fundamentais chave para componentes estruturais leves em equipamentos de ponta, incluindo motores automotivos e aplicações aeroespaciais. No entanto, sua microestrutura fundida em estado bruto geralmente sofre de grãos α-Al grosseiros e distribuição acicular (em forma de agulha) de silício eutético. Esses problemas levam a baixa resistência à tração e pobre ductilidade, tornando difícil atender aos rigorosos requisitos da fabricação de ponta para ligas de alumínio de alto desempenho. Técnicas de modificação convencionais frequentemente empregam um tratamento combinado de refino de grãos e modificação da fase de silício. No entanto, os elementos Ti e Sr tendem a apresentar efeitos antagônicos, resultando não apenas em melhoria limitada de desempenho, mas também em níveis de adição mais altos e custos aumentados.

Solução Inovadora e Mecanismo

Para enfrentar este desafio comum na indústria, a equipe de pesquisa desenvolveu de forma inovadora uma superliga composta de terras raras Al-Ti-La-Sr, superando com sucesso o gargalo técnico causado pela interferência mútua entre elementos tradicionais. O estudo descobriu que a fase de terra rara Ti₂Al₂₀La formada na liga desempenha um papel duplo. Por um lado, atua como um sítio de nucleação heterogênea eficiente, refinando significativamente os grãos α-Al. Por outro lado, através da liberação de Ti e La e do efeito sinérgico com Sr, facilita a transformação do silício eutético de morfologia acicular para granular, ao mesmo tempo que promove a precipitação uniforme de fases secundárias em nanoescala. Isso estabelece um mecanismo de fortalecimento sinérgico multiescala combinando refino de grãos, esferoidização da fase de silício e fortalecimento por nano-fase. Os resultados experimentais demonstram que, com apenas adição de traços (≤0,2%) da nova superliga composta, a resistência à tração da liga Al-7Si-0,3Mg é aumentada em mais de 32%, a resistência ao escoamento em mais de 44%, o alongamento em mais de 95% e a microdureza em mais de 26%. O desempenho geral é significativamente superior ao processo tradicional Al-Ti-B + Sr, resolvendo efetivamente os principais pontos problemáticos da indústria de antagonismo elemental, altos níveis de adição e aprimoramento de desempenho limitado.

Perspectiva Futura

Olhando para o futuro, a equipe de pesquisa se concentrará na preparação de baixo custo e eficiente de superligas de fases de terras raras micro-nano, produção de arames e aplicações de engenharia. A equipe visa acelerar a tradução e promoção desses resultados de pesquisa, apoiando a atualização tecnológica de materiais leves em veículos de nova energia, fabricação de equipamentos de ponta e outros campos, contribuindo assim para o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de materiais de metais não ferrosos da China.