7xxx, 5xxx ve 2xxx serisi alüminyum alaşımlarına nadir toprak elementleri (REE) eklenmesi üzerine kapsamlı araştırmalar yapılmış ve kayda değer etkiler görülmüştür. Özellikle, birden fazla alaşım elementi içeren 7xxx serisi alüminyum alaşımları, eritme ve döküm sırasında sıklıkla ciddi ayrışmalara maruz kalarak önemli miktarda ötektik faz oluşumuna neden olur. Bu durum, tokluğu ve korozyon direncini azaltarak alaşımın genel performansını tehlikeye atar. Yüksek alaşımlı alüminyum alaşımlarına nadir toprak elementlerinin eklenmesi, tanecikleri inceltir, ayrışmayı bastırır ve matrisi saflaştırır, böylece mikro yapıyı ve genel özellikleri iyileştirir.
Son zamanlarda, bir tür süperplastik tane inceltici ilgi görmektedir. Bu incelticiler, tane ve alt tane sınırlarının zayıflamasını artırmak için La ve Ce gibi nadir toprak elementlerinden yararlanır. Bu, sadece tane inceltmekle kalmaz, aynı zamanda çökeltilerin düzgün dağılmasını sağlar, yeniden kristalleşmeyi bastırır ve alaşım sünekliğini önemli ölçüde iyileştirerek ekstrüzyon işlemlerinde verimliliği artırır.
7xxx serisi alüminyum alaşımlarında nadir toprak elementleri genellikle üç şekilde eklenir:
1.Yalnızca nadir toprak elementleri;
2.Zr ve nadir toprak elementlerinin kombinasyonu;
3.Zr, Cr ve nadir toprak elementlerinin birleşimidir.
Nadir toprak elementlerinin toplam içeriği genellikle %0,1-0,5 ağırlık arasında kontrol edilir.
Nadir Toprak Elementlerinin Mekanizmaları
La, Ce, Sc, Er, Gd ve Y gibi nadir toprak elementleri, alüminyum alaşımlarına çeşitli mekanizmalar aracılığıyla katkıda bulunur:
Tane incelmesi: Nadir toprak elementleri, heterojen çekirdeklenme bölgeleri olarak hareket eden, dendritik yapıları eş eksenli ince tanelere dönüştüren, mukavemeti ve sünekliği artıran, düzgün dağılmış çökeltiler oluşturur.
Ayrışmanın bastırılması: Erime ve katılaşma sırasında nadir toprak elementleri daha düzgün element dağılımını teşvik eder, ötektik oluşumunu azaltır ve matris yoğunluğunu artırır.
Matris saflaştırma: Y, La ve Ce, eriyikteki safsızlıklarla (O, H, N, S) reaksiyona girerek kararlı bileşikler oluşturabilir, gaz içeriğini ve kapanımları düşürerek alaşım kalitesini artırabilir.
Yeniden kristalleşme davranışının değiştirilmesi: Bazı nadir toprak elementleri, tane ve alt tane sınırlarını sabitleyerek dislokasyon hareketini ve tane sınırı göçünü engelleyebilir. Bu durum, yeniden kristalleşmeyi geciktirir ve ısıl işlem sırasında ince alt tane yapılarını koruyarak hem mukavemeti hem de korozyon direncini artırır.
Başlıca Nadir Toprak Elementleri ve Etkileri
İskandiyum (Sc)
Sc, nadir toprak elementleri arasında en küçük atom yarıçapına sahip olan ve aynı zamanda bir geçiş metali olan bir metaldir. Deforme olmuş alüminyum alaşımlarının özelliklerini iyileştirmede oldukça etkilidir.
Alüminyum alaşımlarında Sc, koherent Al₃Sc olarak çökelir, yeniden kristalleşme sıcaklığını artırır ve tane irileşmesini baskılar.
Zr ile birleştirildiğinde, yüksek sıcaklıkta kararlı Al₃(Sc,Zr) parçacıkları oluşur, bu da eş eksenli ince tanelerin oluşumunu destekler ve dislokasyon hareketini ve tane sınırı göçünü engeller. Bu da mukavemeti, yorulma direncini ve gerilim-korozyon performansını artırır.
Aşırı Sc, kaba Al₃(Sc,Zr) parçacıklarının oluşumuna yol açarak yeniden kristalleşme kabiliyetini, mukavemeti ve sünekliği azaltabilir.
Erbiyum (Er)
Er, Sc'ye benzer şekilde etki eder ancak daha uygun maliyetlidir.
7xxx serisi alaşımlarda uygun Er ilavesi taneleri inceltir, dislokasyon hareketini ve tane sınırı göçünü engeller, yeniden kristalleşmeyi baskılar ve mukavemeti artırır.
Zr ile birlikte eklendiğinde, Al₃Er'in tek başına olduğundan daha termal olarak kararlı olan ve daha iyi yeniden kristalleşme baskılaması sağlayan Al₃(Er,Zr) parçacıkları oluşur.
Aşırı Er, Al₈Cu₄Er fazları üreterek hem mukavemeti hem de sünekliği azaltabilir.
Gadolinyum (Gd)
Orta düzeyde Gd ilavesi taneleri inceltir, mukavemeti ve sünekliği artırır ve matristeki Zn, Mg ve Cu'nun çözünürlüğünü iyileştirir.
Elde edilen Al₃(Gd,Zr) fazı, çıkıklıkları ve alt tane sınırlarını sabitleyerek yeniden kristalleşmeyi baskılar. Tane yüzeylerinde aktif bir film de oluşarak tane büyümesini daha da sınırlar.
Aşırı Gd tane irileşmesine ve mekanik özelliklerin bozulmasına neden olabilir.
Lantan (La), Seryum (Ce) ve İtriyum (Y)
La, taneleri inceltir, oksijen içeriğini azaltır ve tahıl yüzeylerinde büyümeyi engelleyen aktif bir film oluşturur.
La ve Ce, GP bölgesi ve η′ faz çökelmesini teşvik ederek matris mukavemetini ve korozyon direncini artırır.
Y matrisi arındırır, başlıca alaşım elementlerinin katı çözeltiye çözünmesini engeller, çekirdeklenmeyi teşvik eder ve tane sınırları ile iç kısımlar arasındaki potansiyel farklarını azaltarak korozyon direncini artırır.
Aşırı La, Ce veya Y, sünekliği ve mukavemeti azaltan kaba bloklu bileşiklere yol açabilir.
Alüminyumdaki başlıca nadir toprak elementlerinin özellikleri ve karakteristikleri
Gönderi zamanı: 21 Ağustos 2025
