Примена ретких земљаних елемената И, Гд и Сц
у аморфним легурама на бази бакра и цирконијума
Због јединствених магнетних и електричних својстава реткоземних елемената и њихових једињења, реткоземни елементи имају широку примену у аморфним легурама. Аморфне легуре на бази бакра цирконијума у аморфним легурама имају добре особине високе чврстоће и тврдоће. Према недавним истраживањима, додавање одговарајуће количине реткоземних елемената може значајно побољшати способност формирања стакла и термичку стабилност аморфних легура, а такође може смањити трошкове производње. Стога, како да реткоземни елементи играју већу улогу у бази бакра и цирконијума аморфне легуре постале су тренутно жариште истраживања.
1. Физичка и хемијска својства реткоземних елемената
(1) Елементи ретких земаља имају снажну хемијску активност и могу да реагују са нечистоћама као што су кисеоник и сумпор у легурама да би формирали стабилна једињења, играјући улогу пречишћавања.
(2) Елементи ретких земаља могу повећати однос атомске величине и енергију сучеља чврста-течност легура, чиме се повећава отпорност на кристализацију и побољшава способност легура да формира стакло.
(3) Додатак елемената ретких земаља може побољшати структуру легуре.
2. Примена реткоземног елемента И у аморфним легурама на бази бакра и цирконијума
Зр и Цу имају афинитет за кисеоник, док реткоземни елемент И има јачи афинитет за кисеоник у поређењу са Цу и Зр. Енталпија формирања оксида И је око 1903,6 кЈ/мол, док је енталпија формирања Цу и Зр оксида око 157,3 кЈ/мол и 1102,3 кЈ/мол. Енталпија формирања оксида И је већа од енталпије Цу и Зр оксида, тако да је већа вероватноћа да реткоземни елемент И реагује са кисеоником. И може ефикасно елиминисати кисеоник у експерименталном процесу и матрици легуре, а оксид И на површини талине метала не утиче на легуру матрикса, што може пречистити легуру и смањити негативан ефекат хетероспојнице на способност формирања стакла. језгро. Стога, реткоземни елемент И може побољшати способност аморфног формирања легуре. Додавање елемента ретких земаља И такође има ефекат побољшања организационе структуре, побољшања механичких својстава и повећања отпорности на корозију.
Постоје многе студије о утицају додавања реткоземног елемента И у системе аморфних легура на бази бакра цирконијума на способност формирања аморфних и механичких својстава. Схан Схенгфенг ет ал. открили да када је садржај елемента ретких земаља И 1.0% (атомска фракција), легура је аморфна; Када је садржај И елемента 1,5% (атомска фракција), индукује се нанокристализација, а чврстоћа легуре на притисак достиже 1990МПа; Након додавања И, број трака на смицање на површини лома легуре се повећава, а преплитање трака на смицање омета неуједначену деформацију, побољшавајући пластичност и чврстоћу легуре. Сун Бо је открио да додавање елемента ретких земаља И прво повећава, а затим смањује његову способност аморфног формирања. Одговарајућа количина додатка И може побољшати способност аморфног формирања система легуре Цу47Зр47Ал6.
2. Утицај елемента ретких земаља Гд на својства аморфних легура на бази бакра и цирконијума
Додавање одговарајуће количине реткоземног елемента Гд аморфним легурама на бази цирконијума бакра може повећати интеракцију између малих и великих атома, што повећава атомски размак аморфних легура на бази цирконијума бакра, мења њихов уређени регион кратког домета и атомски распоред, повећава атомска густина у легури, и отежава дифузију на великим дометима. Раст зрна у легури током кристализације контролише се дифузијом у тродимензионалном расту. Према томе, додавање реткоземних елемената има значајан утицај на термичку стабилност, способност стварања стакла и структуру атомског распореда аморфних легура, а такође може променити микротврдоћу аморфних легура.
Такође постоје многе студије о утицају додавања реткоземног елемента Гд у системе аморфних легура на бази бакра и цирконијума на способност формирања стакла и механичка својства. Како Сун Јајуан и др. пронађено, додавање одговарајуће количине реткоземног елемента Гд легури Зр50.7Цу28Ни9Ал12.3 може имати ефекат деоксигенације, благо повећавајући величину аморфног материјала и повећавајући стабилност потхлађене талине, смањујући разлику у слободној енергији, чиме се побољшава способност стварања стакла аморфне легуре. Лианг Схункинг и др. анализирао утицај реткоземног елемента Гд на структурне промене, способност формирања и термичку стабилност аморфних легура на бази цирконијума бакра. Резултати су показали да је додавање Гд повећало просечни атомски размак аморфне легуре и променило њен атомски распоред. Зханг Ионгзханг је открио да се микротврдоћа узорака легуре мења са додатком и садржајем реткоземних елемената. Када се дода Гд ретких земних метала, микротврдоћа узорака аморфне легуре је већа, а промена количине додатог реткоземног метала Гд има мали утицај на микротврдоћу легуре.
3. Примена реткоземног елемента Сц у аморфним легурама на бази бакра и цирконијума
У топљењу легуре кисеоник постоји у облику нуклеационог језгра ЗрО2 или кластера. Након додавања реткоземног елемента Сц у аморфне легуре, кисеоник ће постојати у стабилнијем облику Сц2О3, а Сц2О3 неће постати језгро хетерогене нуклеације у аморфним легурама. Додавањем реткоземног елемента Сц побољшава се стабилност аморфних легура у пределу прехлађене течне фазе, а смањује могућност њихове трансформације у кристале. Због тога је побољшана способност формирања стакла аморфних легура. Штавише, додавање одговарајуће количине реткоземног елемента Сц може значајно повећати максималну величину аморфне формације аморфних легура, али ће смањити њихову отпорност на корозију. Хелин ет ал. открили су да реткоземни елемент Сц може повећати максималну величину аморфне формације легуре Зр52.5Цу17.9Ни14.6Ал10Ти5, али је његов утицај на његову термичку стабилност релативно мали. Такође је откривено да додавање Сц може смањити енергију активације кристализације легуре, али повећати временску константу периода инкубације кристализације и смањити фактор учесталости кристализације. Комбиновани ефекат ова два фактора продужава период инкубације кристализације легуре, повећава склоност потхлађењу и побољшава способност аморфног формирања. Ли Јанг и др. открили су у свом истраживању да додавање реткоземног елемента Сц може променити фазну структуру и микроструктуру аморфне легуре Зр52.5Цу17.9Ни14.6Ал10Ти5 у аморфној кристалној прелазној зони, значајно побољшавајући њену способност формирања стакла.
4. Закључак
Сви ретки земљани елементи И, Гд и Сц имају јак афинитет према кисеонику и могу да пречисте растопљену легуру, смање штетне ефекте хетерогене нуклеације и побољшају њену термичку стабилност. Стога, они могу побољшати способност аморфног формирања аморфних легура на бази бакра и цирконијума. Додатак реткоземног елемента Гд може побољшати микротврдоћу аморфних легура, али промена количине додатог Гд има мали утицај на микротврдоћу. Штавише, додавање елемента ретких земаља И може мало смањити микротврдоћу аморфних легура. Додатак реткоземног елемента Сц може довести до смањења отпорности на корозију аморфних легура на бази цирконијума бакра, док додавање елемента ретких земаља И може повећати отпорност на корозију аморфних легура на бази цирконијума бакра. Разуман избор и комбинација елемената ретких земаља може боље побољшати перформансе аморфних легура на бази бакра и цирконијума.