Realizáronse extensas investigacións sobre a adición de elementos de terras raras (TRE) ás aliaxes de aluminio das series 7xxx, 5xxx e 2xxx, mostrando efectos notables. En particular, as aliaxes de aluminio da serie 7xxx, que conteñen múltiples elementos de aliaxe, adoitan experimentar unha segregación grave durante a fusión e o moldeado, o que leva á formación de cantidades significativas de fases eutécticas. Isto reduce a tenacidade e a resistencia á corrosión, comprometendo o rendemento xeral da aliaxe. A incorporación de elementos de terras raras en aliaxes de aluminio altamente aliadas pode refinar os grans, suprimir a segregación e purificar a matriz, mellorando así a microestrutura e as propiedades xerais.
Recentemente, un tipo de refinador de grans superplásticos chamou a atención. Estes refinadores aproveitan elementos de terras raras como o La e o Ce para mellorar o debilitamento dos límites de grans e subgrans. Isto non só refina os grans, senón que tamén promove unha dispersión uniforme dos precipitados, suprime a recristalización e mellora significativamente a ductilidade da aliaxe, o que en última instancia aumenta a produtividade nos procesos de extrusión.
Nas aliaxes de aluminio da serie 7xxx, os elementos de terras raras engádense xeralmente de tres xeitos:
1. Só elementos de terras raras;
2. Combinación de Zr e elementos de terras raras;
3. Combinación de Zr, Cr e elementos de terras raras.
O contido total de elementos de terras raras adoita controlarse entre o 0,1 e o 0,5 % en peso.
Mecanismos dos elementos de terras raras
Os elementos de terras raras como La, Ce, Sc, Er, Gd e Y contribúen ás aliaxes de aluminio a través de múltiples mecanismos:
Refinamento do gran: os elementos de terras raras forman precipitados distribuídos uniformemente que actúan como sitios de nucleación heteroxéneos, convertendo as estruturas dendríticas en grans finos equiaxiales, o que mellora a resistencia e a ductilidade.
Supresión da segregación: Durante a fusión e a solidificación, os elementos de terras raras promoven unha distribución máis uniforme dos elementos, reducen a formación de eutécticos e aumentan a densidade da matriz.
Purificación da matriz: o Y, o La e o Ce poden reaccionar coas impurezas da masa fundida (O, H, N, S) para formar compostos estables, o que reduce o contido de gas e as inclusións, o que mellora a calidade da aliaxe.
Modificación do comportamento de recristalización: certos elementos de terras raras poden fixar os límites dos grans e subgrans, o que inhibe o movemento de dislocacións e a migración dos límites dos grans. Isto atrasa a recristalización e preserva as estruturas finas dos subgrans durante o procesamento térmico, mellorando tanto a resistencia como a corrosión.
Elementos clave de terras raras e os seus efectos
Escandio (Sc)
O Sc ten o radio atómico máis pequeno entre os elementos de terras raras e tamén é un metal de transición. É moi eficaz para mellorar as propiedades das aliaxes de aluminio deformadas.
Nas aliaxes de aluminio, o Sc precipita como Al₃Sc coherente, o que aumenta a temperatura de recristalización e suprime o engrosamento do gran.
Cando se combinan con Zr, fórmanse partículas de Al₃(Sc,Zr) estables a altas temperaturas, o que promove grans finos equiaxiales e dificulta o movemento de dislocacións e a migración dos límites de grans. Isto mellora a resistencia, a resistencia á fatiga e o rendemento por corrosión baixo tensión.
Un exceso de Sc pode dar lugar a partículas grosas de Al₃(Sc,Zr), o que reduce a capacidade de recristalización, a resistencia e a ductilidade.
Erbio (Er)
O Er actúa de xeito similar ao Sc pero ten un menor custo-eficacia.
Nas aliaxes da serie 7xxx, as adicións axeitadas de Er refinan os grans, inhiben o movemento de dislocacións e a migración do límite de grans, suprimen a recristalización e melloran a resistencia.
Cando se engaden xunto con Zr, fórmanse partículas de Al₃(Er,Zr), que son máis estables termicamente que o Al₃Er só, o que proporciona unha mellor supresión da recristalización.
Un exceso de Er pode producir fases de Al₈Cu₄Er, o que reduce tanto a resistencia como a ductilidade.
Gadolinio (Gd)
As adicións moderadas de Gd refinan os grans, aumentan a resistencia e a ductilidade e melloran a solubilidade do Zn, Mg e Cu na matriz.
A fase Al₃(Gd,Zr) resultante fixa as dislocacións e os límites dos subgrans, o que suprime a recristalización. Tamén se forma unha película activa nas superficies dos grans, o que limita aínda máis o crecemento dos grans.
Un exceso de Gd pode causar o engrosamento do gran e deteriorar as propiedades mecánicas.
Lantano (La), cerio (Ce) e itrio (Y)
O La refina os grans, reduce o contido de osíxeno e forma unha película activa nas superficies dos grans para inhibir o crecemento.
O La e o Ce promoven a precipitación da zona GP e da fase η′, mellorando a resistencia da matriz e a resistencia á corrosión.
O Y purifica a matriz, dificulta a disolución dos principais elementos de aliaxe na solución sólida, promove a nucleación e reduce as diferenzas de potencial entre os límites de gran e o interior, mellorando a resistencia á corrosión.
O exceso de La, Ce ou Y pode dar lugar a compostos de bloques grosos, o que reduce a ductilidade e a resistencia.
Propiedades dos principais elementos de terras raras e as súas características no aluminio
Data de publicación: 21 de agosto de 2025
