鋳造マグネシウム範囲のアース合金における穀物洗練の研究の進歩と展望

1.バックグラウンドと重要性

鋳造マグネシウム希土類合金は、低密度、高い特異的強度と特異的剛性、および良好なクリープ抵抗の特性を持っています。それらは、エンジンケースやキャリアキャビンなどの重要な航空宇宙コンポーネントを形成するためによく使用されます。これは、航空機の重量を減らし、負荷と操縦性を改善し、航空宇宙、防衛、軍事の分野で幅広いアプリケーションの見通しを持つことができます。しかし、変形した合金と比較して、鋳造マグネシウム希土類合金の構造は比較的粗いものであり、強度と靭性が不十分であり、高速鋳造マグネシウムマグネシウム希土類合金の発達と応用を深刻に制限する高温亀裂や収縮などの鋳造欠陥を容易にします。穀物洗練の処理は、マグネシウム希土類合金の鋳造プロセスの性能と機械的特性を同時に改善することができ、鋳造マグネシウム希土類合金の準備品質とサービス性能を決定する上で重要なリンクです。ただし、マグネシウム希土類合金の鋳造には多くのプロセスリンクが含まれており、異なるプロセスリンクは穀物の洗練に重要な影響を及ぼします。

最近、上海ジアオトン大学のウー教授、アシスタント研究者トング、および王准教授の王は、マグネシウム希土類合金の鋳造プロセス全体をメインラインとして採用し、合金、溶融治療、外部エネルギー場、マグネシウム希土類合金のグレイン洗練の異なる鋳造プロセスの影響を体系的に要約しました（図1に示すように）。彼らは、異なる角度からのマグネシウム希土類合金の粒度の穀物サイズの制御方法について議論し、さまざまな精製業者の洗練メカニズムの最新の進行、溶融精製と洗練の相互作用、および外部エネルギー場と精製業者の複合処理に焦点を当てました。彼らは現在の問題を指摘し、マグネシウム希土類合金の穀物精製治療の開発動向を楽しみにしており、将来のマグネシウム合金の効率的な改良治療のための新しいアイデアを提供しました。

図1：マグネシウム希土類合金鋳造中の穀物洗練に対するさまざまなプロセスの影響

2.グラフィックツアー

第一に、キャストマグネシウム希土類合金の穀物精製に対する希土類溶質元素と不均一な核生成粒子の効果がレビューされます。マグネシウム合金の一般的な希土類合金要素には、gd、y、nd、la、ce、sm、ybなどが含まれます。これは、固体界面の前面に分離して超冷却組成を形成し、新しい核の形成を促進し、元の核の継続的な成長を阻害します。ただし、希土類元素の組成だけを超冷却することにより、マグネシウム合金の効率的な穀物精製を達成することは困難です。したがって、マグネシウム希土類合金は、しばしば穀物洗練のためにzrで処理され、mg-zrマスター合金の形で添加されることがよくあります。研究では、mg-zrマスター合金のzrの存在形態がその穀物洗練効果の鍵であることがわかっています。細かく均一なzr粒子を備えたmg-zrマスター合金は、より高い粒子洗練効率を持っています。表1に示すように、押出、回転、炒め処理、等しいチャネル押出などの前処理は、mg-zrマスター合金のzrの存在形態を最適化し、zr粒子凝集を分解し、zr粒子サイズを改良します。最新の研究では、高周波パルスリメルティング前処理を介してnanoスケールのzr粒子をmg-zrマスター合金で調製できることも示しています。これにより、zrの溶解を促進し、溶融中の有効なzr核の数が増加し、図2に示すように、moltern master intuの代わりに示されているように、粒子洗練効率を50％以上改善することが示されています。良好な粒洗浄効果で0.5〜3μmのzr粒子を生成します。ただし、一部の溶融塩包有物は、溶融物から効果的に分離することが困難であり、溶融の純度を減らします。

表1：mg-zrマスター合金の一般的に使用される前処理修正方法

図2：高周波パルスリメルティング前処理後のmg-zrマスター合金の微細構造と改良効果

zrに加えて、al2re（al2gd、al2y、al2smなどを含む）も、マグネシウム希土類合金の不均一な核形成粒子としてよく使用されます。 al2re粒子は、主にzr合金法とは異なるalおよび希土類元素のin-situ反応によって形成されます。融点が高いため、al-reは粒界にピン留め効果があり、mg-re-al合金の微細構造の安定性はmg-re-zr合金の微細構造の安定性よりも高くなっています。ただし、al2reの形成により、一定量の希土類元素が消費されるため、alを過度に添加すると、合金の降伏強度が低下し、mg-gd-yやmg-smなどの合金で検証されている老化硬化応答が弱くなります。さらに、al2reは合金の固化中に形成され、そのサイズと分布の特性は、al/re濃度比と冷却速度によって決定されます。低い冷却速度（砂鋳造など）の鋳造プロセス条件下では、al2reの穀物精製効果が低下します。要約すると、最適な穀物精製効果を得るには、マグネシウム希土類合金の化学組成と実際の固化条件を同時に考慮する必要があります。

第二に、マグネシウム範囲の地球合金の物理的洗練方法が、パルス、パルス磁場、超音波治療を含むレビューされています。これらの外部の物理フィールドは、溶融物に強い対流を誘発する可能性があり、生成されるキャビテーション効果は樹状突起腕を破壊し、核生成速度を増加させます。また、外部エネルギー場は、核形成に必要な核生成作業を満たし、溶融物の胚の数を増やすことにも役立ちます。特に、外部の物理フィールドがzrまたはal2reフィンニング治療と組み合わされると、さらに良い粒子洗練効果を達成できます。たとえば、超音波治療がmg-5sm-al合金に適用された後、超音波フィールドのキャビテーション効果と音響ストリーミング効果は、現場で生成されたal2sm粒子を効果的に改良し、分布の均質性を改善します。 al2sm粒子の不均一な核形成効力が強化され、粒子洗練効果はより顕著です。この研究では、物理フィールドの温度範囲もその穀物洗練効果に重要な影響を与えることがわかりました。たとえば、b.nagasivamuni et al。超音波処理がmg-zr合金のワイヤ温度より上に適用されると、zr粒子の沈殿が効果的に吸着され、マグネシウム液体中のzrの溶解が加速することがわかった。超音波処理が合金溶液に作用し続けると、zr粒子の沈殿と吸着がさらに減少します。したがって、zr/al2reおよび物理野外複合材料処理の使用は、マグネシウム希土類合金の穀物精製を達成することが期待されています。これは、高性能鋳造マグネシウム希土類合金の開発のための重要な方向の1つになります。

精製後、マグネシウム希土類合金はしばしば精製する必要があります。精製と精製の両方には複雑な高温冶金反応プロセスが含まれるため、2つの間には特定の相互作用があり、相互作用の結果は溶融物の最終的な準備品質に直接影響します。マグネシウム希土類合金と精製の間の相互作用は、主に次の3つの側面に反映されています。（1）特定の包有物または不純物要素は、特定の洗練された効果をもたらす可能性があります。 （2）特定の洗練されたメディアは、特定の浄化効果をもたらす可能性があります。 （3）特定の洗練されたメディアと浄化メディアは互いに相互作用します。たとえば、マグネシウム合金溶融物の一般的な酸化物包含物mgoおよび不純物要素feは、主にmgo粒子といくつかのfe含有相がα-mgの不均一核生成部位として機能するため、マグネシウム合金の粒度に特定の影響を及ぼします。また、溶融物中のzrやreなどの洗練された要素または粒子は、溶融物中のfeやniなどの不純物要素と反応し、組み合わせて不溶性化合物を形成し、それにより溶融物の純度を改善します。精製培地と精製培地の間の相互作用は、主に2つの点で現れます。最初に、溶融精製後の立位プロセス中に、高密度成分（zr粒子、re要素など）は、精製剤と同時に沈降することに凝集します。立位時間が増えると、溶融精製効果が改善されますが、洗練効果は低下し始めます。第二に、精製プロセス中、フラックスはreおよびzr要素と吸着または反応し、図3に示すように、reおよびzr要素の損失を引き起こし、穀物洗練効果を低減します。上記の相互作用を理解し、活用することは、既存のマグネシウム希土類合金溶融物の準備品質を改善するのに役立ちます。

図3：マグネシウム希土類合金溶融の精製培地と精製培地を精製することにより形成される凝集体の構造と堆積挙動

最後に、高圧鋳造、スクイーズ鋳造、半連続鋳造、ツインロール鋳造、半固体形成など、マグネシウム希土類合金のさまざまな鋳造方法がレビューされ、マグネシウム希土類合金の穀物洗練に対するさまざまな鋳造方法の影響について説明します。さまざまな鋳造方法の本質は、異なる温度場、溶質場、流れ場などを含む異なる固化条件です。これらの要因は、マグネシウム希土類合金の固化挙動に重要な影響を及ぼし、異なる穀物洗練効果をもたらします。たとえば、ダイキャスティングの壁の厚さは小さく、冷却速度は非常に速いです。ダイキャストマグネシウム希土類合金の粒子サイズは一般に最小で、わずか3〜10μmですが、バレルの前結晶効果により、ダイキャストマグネシウム希土類合金は通常、バイモーダル穀物構造を示します。スクイーズキャスティングプロセスでは、溶融物が安定した層流に流れ、鋳造の内部品質が良好です。したがって、スクイーズキャスティングマグネシウム合金を熱処理して、マグネシウム希土類合金の強い老化硬化の利点に完全な遊びをすることができます。半連続鋳造インゴットのサイズは大きく、マグネシウム希土類合金インゴットの表面とコアの冷却速度はまったく異なり、その結果、不均一な穀物サイズ分布が生じます。結晶器での電磁支援鋳造は、半連続的にマグネシウム希土類合金の微細構造の均一性を効果的に改善することができます。ツインロールキャスティングは、短編マグネシウム希土類合金シート形成法を提供します。急速な冷却力と変形力の結合の下で、マグネシウム希土類合金の粒子サイズは小さいです。半固体形成されたマグネシウム希土類合金には、一次粒子と二次原発粒が含まれているため、半固体マグネシウム希土類合金も典型的なバイモーダル粒構造を示しています。組成と鋳造プロセスの両方の条件が、マグネシウム希土類合金の粒度に重要な影響を与えることがわかります。

3. conclusionとoutlook

穀物の洗練は、鋳造マグネシウム希土類合金の品質と性能を決定するための鍵です。 mg-zrマスター合金を介したzr合金は、マグネシウム希土類合金の実際の生産プロセスにおける最も単純で最も効果的な穀物精製処理方法の1つですが、zr合金温度が高く、zrの収率は低く、洗練効果をさらに改善する必要があります。 gaochuang rare earthはmgとzrを直接合金化して、新しいタイプのmg-zrマスター合金を開発します。従来のmg-zrマスター合金と比較して、zr含有量は均等に分布しており、粒子サイズは小さく、zr収量を大幅に改善し、希土類マグネシウム合金の穀物洗練に適したソリューションを提供します。