Equipo de Investigación de la Universidad de Tecnología de Lanzhou logra un gran avance en aleaciones maestras compuestas de tierras raras

Un equipo de investigación de la Facultad de Metallurgia e Ingeniería Ambiental ha logrado avances significativos en el control del rendimiento de las aleaciones hipoeúticas de aluminio y silicio.El equipo ha desarrollado una nueva aleación maestra compuesta de Al-Ti-La-Sr que mejora sustancialmente tanto la microestructura como las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio con solo adición de trazasLos resultados de la investigación han sido publicados en elDiario de tierras raras, una revista internacional líder en el campo de los materiales de tierras raras y la metalurgia no ferrosa.7.2 para 2024, la revista tiene una amplia influencia académica y liderazgo de la industria en la comunidad internacional de ciencias de los materiales.El primer autor del artículo es el investigador Ding Wanwu de la Escuela de Metallurgia e Ingeniería Ambiental, con el investigador Ding Wanwu y el profesor An Jiazhi como coautores correspondientes.

Desafío de la industria

Las aleaciones de aluminio y silicio hipoeutécticas, como Al-7Si-0.3Mg, son materiales fundamentales clave para componentes estructurales ligeros en equipos de gama alta,incluidos los motores de automóviles y las aplicaciones aeroespacialesSin embargo, su microestructura de fundición suele sufrir de granos de α-Al gruesos y distribución de silicio eutectico acicular (como una aguja).Estos problemas conducen a una baja resistencia a la tracción y mala ductilidad, lo que dificulta el cumplimiento de los estrictos requisitos de la fabricación de alta gama para las aleaciones de aluminio de alto rendimiento.Las técnicas de modificación convencionales a menudo emplean un tratamiento combinado de refinamiento de grano y modificación de la fase de silicio.Sin embargo, los elementos Ti y Sr tienden a presentar efectos antagónicos, lo que resulta no sólo en una mejora limitada del rendimiento, sino también en mayores niveles de adición y un aumento de los costes.

Solución y mecanismo innovadores

Para hacer frente a este desafío común en la industria, el equipo de investigación desarrolló de manera innovadora una aleación maestra compuesta de tierras raras Al-Ti-La-Sr,superando con éxito el cuello de botella técnico causado por la interferencia mutua entre los elementos tradicionalesEl estudio encontró que la fase de tierras raras Ti2Al20La formada en la aleación desempeña un doble papel: por un lado, actúa como un sitio de nucleación heterogéneo eficiente, refinando significativamente los granos α-Al.Por otro lado., mediante la liberación de Ti y La y el efecto sinérgico con Sr, facilita la transformación del silicio eutectico de morfología acicular a granular,al tiempo que promueve la precipitación uniforme de las fases secundarias a nanoescalaEsto establece un mecanismo de refuerzo sinérgico a escala múltiple que combina el refinamiento de grano, la esferoidización de la fase de silicio y el refuerzo de nanofase.Los resultados experimentales demuestran que sólo con la adición de trazas (≤0.2%) de la nueva aleación maestra compuesta, la resistencia a la tracción de la aleación Al-7Si-0.3Mg aumenta en más de 32%, la resistencia al rendimiento en más de 44%, el alargamiento en más de 95% y la micro dureza en más de 26%.El rendimiento general es significativamente superior al proceso tradicional de Al-Ti-B + Sr, resolviendo eficazmente los principales puntos débiles de la industria de antagonismo elemental, altos niveles de adición y mejora limitada del rendimiento.

Perspectivas para el futuro

Mirando hacia el futuro, el equipo de investigación se centrará en la preparación eficiente y de bajo costo de aleaciones maestras de fase de tierras raras micro-nano, producción de alambre y aplicaciones de ingeniería.El objetivo del equipo es acelerar la traducción y la promoción de estos resultados de investigación, apoyando la mejora tecnológica de los materiales ligeros en los vehículos de nueva energía, la fabricación de equipos de gama alta y otros ámbitos,contribuyendo así al desarrollo de alta calidad de la industria china de materiales metálicos no ferrosos.