હાઇ-એન્ડ 7xxx શ્રેણીના વિકૃત એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોની ભૂમિકા

7xxx, 5xxx, અને 2xxx શ્રેણીના એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો (REEs) ઉમેરવા પર વ્યાપક સંશોધન હાથ ધરવામાં આવ્યું છે, જે નોંધપાત્ર અસરો દર્શાવે છે. ખાસ કરીને, 7xxx શ્રેણીના એલ્યુમિનિયમ એલોય, જેમાં બહુવિધ એલોયિંગ તત્વો હોય છે, ઘણીવાર ગલન અને કાસ્ટિંગ દરમિયાન ગંભીર અલગતા અનુભવે છે, જેના કારણે નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં યુટેક્ટિક તબક્કાઓ રચાય છે. આ કઠિનતા અને કાટ પ્રતિકાર ઘટાડે છે, જે એલોયના એકંદર પ્રદર્શન સાથે સમાધાન કરે છે. અત્યંત એલોયવાળા એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોનો સમાવેશ અનાજને શુદ્ધ કરી શકે છે, અલગતાને દબાવી શકે છે અને મેટ્રિક્સને શુદ્ધ કરી શકે છે, જેનાથી માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને એકંદર ગુણધર્મોમાં સુધારો થાય છે.

તાજેતરમાં, એક પ્રકારના સુપરપ્લાસ્ટિક અનાજ રિફાઇનરનું ધ્યાન ખેંચાયું છે. આ રિફાઇનર્સ અનાજ અને સબગ્રેન સીમાઓને નબળા બનાવવા માટે લા અને સી જેવા દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોનો ઉપયોગ કરે છે. આ માત્ર અનાજને શુદ્ધ કરે છે જ નહીં પરંતુ અવક્ષેપના એકસમાન વિક્ષેપને પણ પ્રોત્સાહન આપે છે, પુનઃસ્ફટિકીકરણને દબાવી દે છે અને એલોય નમ્રતામાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે, આખરે એક્સટ્રુઝન પ્રક્રિયાઓમાં ઉત્પાદકતામાં વધારો કરે છે.

7xxx શ્રેણીના એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં, દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો સામાન્ય રીતે ત્રણ રીતે ઉમેરવામાં આવે છે:

૧.દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો જ;

2. Zr અને દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોનું સંયોજન;

૩. Zr, Cr અને દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોનું સંયોજન.

દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોની કુલ સામગ્રી સામાન્ય રીતે 0.1-0.5 wt% ની અંદર નિયંત્રિત થાય છે.

દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોની પદ્ધતિઓ

દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો જેમ કે La, Ce, Sc, Er, Gd, અને Y બહુવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં ફાળો આપે છે:

અનાજ શુદ્ધિકરણ: દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો સમાન રીતે વિતરિત અવક્ષેપ બનાવે છે જે વિજાતીય ન્યુક્લિયેશન સાઇટ્સ તરીકે કાર્ય કરે છે, ડેન્ડ્રિટિક માળખાને સમતુલાવાળા સૂક્ષ્મ અનાજમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે શક્તિ અને નરમાઈમાં સુધારો કરે છે.

અલગતાનું દમન: ગલન અને ઘનકરણ દરમિયાન, દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો વધુ સમાન તત્વ વિતરણને પ્રોત્સાહન આપે છે, યુટેક્ટિક રચના ઘટાડે છે અને મેટ્રિક્સ ઘનતામાં વધારો કરે છે.

મેટ્રિક્સ શુદ્ધિકરણ: Y, La, અને Ce ઓગળેલા (O, H, N, S) માં અશુદ્ધિઓ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સ્થિર સંયોજનો બનાવી શકે છે, ગેસનું પ્રમાણ અને સમાવેશ ઘટાડે છે, જે એલોયની ગુણવત્તામાં વધારો કરે છે.

પુનઃક્રિસ્ટલાઇઝેશન વર્તણૂકમાં ફેરફાર: કેટલાક દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો અનાજ અને સબગ્રેન સીમાઓને પિન કરી શકે છે, જે ડિસલોકેશન ગતિ અને અનાજ સીમા સ્થળાંતરને અટકાવે છે. આ પુનઃક્રિસ્ટલાઇઝેશનમાં વિલંબ કરે છે અને થર્મલ પ્રોસેસિંગ દરમિયાન બારીક સબગ્રેન સ્ટ્રક્ચર્સને સાચવે છે, જેનાથી તાકાત અને કાટ પ્રતિકાર બંનેમાં સુધારો થાય છે.

મુખ્ય દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો અને તેમની અસરો

સ્કેન્ડિયમ (Sc)

દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોમાં Sc સૌથી નાનો અણુ ત્રિજ્યા ધરાવે છે અને તે એક સંક્રમણ ધાતુ પણ છે. તે વિકૃત એલ્યુમિનિયમ એલોયના ગુણધર્મોને વધારવામાં ખૂબ અસરકારક છે.

એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં, Sc સુસંગત Al₃Sc તરીકે અવક્ષેપિત થાય છે, જે પુનઃસ્ફટિકીકરણ તાપમાનમાં વધારો કરે છે અને અનાજના બરછટ થવાને દબાવી દે છે.

જ્યારે Zr સાથે જોડવામાં આવે છે, ત્યારે ઉચ્ચ-તાપમાન સ્થિર Al₃(Sc,Zr) કણો રચાય છે, જે સમતુલાકૃત સૂક્ષ્મ અનાજને પ્રોત્સાહન આપે છે અને અવ્યવસ્થા ગતિ અને અનાજની સીમા સ્થળાંતરને અવરોધે છે. આ તાકાત, થાક પ્રતિકાર અને તાણ-કાટ કામગીરીમાં સુધારો કરે છે.

વધુ પડતું Sc બરછટ Al₃(Sc,Zr) કણો તરફ દોરી શકે છે, જેનાથી પુનઃસ્થાપન ક્ષમતા, શક્તિ અને નરમાઈમાં ઘટાડો થાય છે.

એર્બિયમ (એર)

Er Sc જેવું જ કાર્ય કરે છે પરંતુ વધુ ખર્ચ-અસરકારક છે.

7xxx શ્રેણીના એલોયમાં, યોગ્ય Er ઉમેરણો અનાજને શુદ્ધ કરે છે, અવ્યવસ્થા ગતિ અને અનાજની સીમા સ્થળાંતરને અટકાવે છે, પુનઃસ્ફટિકીકરણને દબાવતા હોય છે અને શક્તિમાં વધારો કરે છે.

જ્યારે Zr સાથે સહ-ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે Al₃(Er,Zr) કણો રચાય છે, જે ફક્ત Al₃Er કરતાં વધુ થર્મલી સ્થિર હોય છે, જે વધુ સારી રીતે પુનઃસ્ફટિકીકરણ દમન પ્રદાન કરે છે.

વધુ પડતું Er Al₈Cu₄Er તબક્કાઓ ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જે શક્તિ અને નરમાઈ બંને ઘટાડે છે.

ગેડોલિનિયમ (Gd)

મધ્યમ Gd ઉમેરાઓ અનાજને શુદ્ધ કરે છે, શક્તિ અને નરમાઈ વધારે છે, અને મેટ્રિક્સમાં Zn, Mg અને Cu ની દ્રાવ્યતા વધારે છે.

પરિણામી Al₃(Gd,Zr) ફેઝ પિન ડિસલોકેશન અને સબગ્રેન સીમાઓ, પુનઃક્રિસ્ટલાઇઝેશનને દબાવી દે છે. અનાજની સપાટી પર એક સક્રિય ફિલ્મ પણ બને છે, જે અનાજના વિકાસને વધુ મર્યાદિત કરે છે.

વધુ પડતું Gd અનાજને બરછટ કરી શકે છે અને યાંત્રિક ગુણધર્મોને બગાડી શકે છે.

લેન્થેનમ (લા), સેરિયમ (સીઇ), અને યટ્રીયમ (વાય)

લા અનાજને શુદ્ધ કરે છે, ઓક્સિજનનું પ્રમાણ ઘટાડે છે, અને વૃદ્ધિને અટકાવવા માટે અનાજની સપાટી પર સક્રિય ફિલ્મ બનાવે છે.

La અને Ce GP ઝોન અને η′ તબક્કાના વરસાદને પ્રોત્સાહન આપે છે, મેટ્રિક્સ શક્તિ અને કાટ પ્રતિકારમાં સુધારો કરે છે.

Y મેટ્રિક્સને શુદ્ધ કરે છે, મુખ્ય મિશ્ર તત્વોના ઘન દ્રાવણમાં વિસર્જનને અટકાવે છે, ન્યુક્લિયેશનને પ્રોત્સાહન આપે છે, અને અનાજની સીમાઓ અને આંતરિક ભાગો વચ્ચે સંભવિત તફાવત ઘટાડે છે, કાટ પ્રતિકાર વધારે છે.

વધુ પડતું La, Ce, અથવા Y બરછટ બ્લોકી સંયોજનો તરફ દોરી શકે છે, જે નરમાઈ અને શક્તિ ઘટાડે છે.

એલ્યુમિનિયમમાં મુખ્ય દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોના ગુણધર્મો અને તેમની લાક્ષણિકતાઓ