一种利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法和7000系稀土铝合金技术

本发明专利技术公开了一种利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法和7000系稀土铝合金，涉及铝合金同步辐射技术领域。该方法包括将稀土元素添加量不同的多组稀土铝合金熔体于压力作用下冲击至三维运动平台上的冷却装置上；将获得的稀土铝合金铸坯加工成样品；对样品进行升温并定向凝固，对凝固区域进行拍摄记录；对获得的同步辐射成像数据进行平场矫正处理，得到枝晶形貌照片；对多组稀土铝合金铸坯的枝晶形貌照片进行比对，获得枝晶最小的形貌照片及对应的稀土含量，完成稀土含量添加量的确定。该方法可以原位实时观察到稀土在铝合金中的形核过程及对枝晶的细化效果，可以提供最直接的稀土添加量数据，指导工业生产。产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法和7000系稀土铝合金


[0001]本专利技术涉及铝合金同步辐射
，具体而言，涉及一种利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法和7000系稀土铝合金。

技术介绍

[0002]稀土元素具有很高的化学活性、低电位和特殊电子层排布，几乎能与所有的元素作用。铝及铝合金中常用的稀土有La(镧)、Ce(铈)、Y(钇)和Sc(钪)等，常以变质剂、生核剂和脱气剂加入铝液中，起到净化熔体、改善组织、细化晶粒及析出强化等作用。稀土在铝及铝合金中具有很多积极作用，主要表现在净化作用、变质作用及微合金化作用。在铝合金中适量的加入稀土可以提高合金的强度、硬度、伸长率、断裂韧度和耐磨性等综合力学性能。
[0003]稀土在铝及铝合金中的存在形式与其加入量有很大关系，一般当RE含量小于0.1％时，稀土的作用主要以细晶强化和有限固溶强化为主，当稀土含量大于0.1％时，稀土与Al等形成大量球状或短棒状的金属间化合物，分布在晶粒内或晶界中，并出现大量位错及细晶粒球化组织和弥散稀土化合物，会产生第二相强化等微合金化效果。但是，铝合金中稀土元素的添加量到底为多少合适呢？目前，都是基于传统尝试的方法，加入一定量的稀土元素，或者是根据热力学软件计算得出。这些手段确定的稀土添加量都无法原位观察到在铝合金凝固过程中稀土所起的作用。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法，其可以原位实时观察到稀土在铝合金中的形核过程及对枝晶的细化效果，可以提供最直接的稀土添加量数据，指导工业生产，避免了添加量过多出现浪费的情况及添加量过少效果不佳的情况。
[0006]本专利技术的目的在于提供一种7000系稀土铝合金。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法，其步骤包括：
[0009]将稀土元素添加量不同的多组稀土铝合金熔体于压力作用下冲击至三维运动平台上的冷却装置上，以获得多组稀土铝合金铸坯；
[0010]将所述稀土铝合金铸坯加工成试样并夹设于两片固定夹片中形成样品；
[0011]对所述样品进行升温至所述样品内的所述稀土铝合金铸坯完全熔化，随后在所述样品的两端设置固定的温度梯度和降温速率开始定向凝固，对凝固区域进行拍摄记录，获得同步辐射成像数据；
[0012]对所述同步辐射成像数据进行平场矫正处理，得到枝晶形貌照片；
[0013]对多组稀土铝合金铸坯的枝晶形态数量和分布图像进行比对，获得枝晶最小、数量最多的形貌照片及对应的稀土含量，完成稀土含量添加量的确定。
[0014]在可选的实施方式中，所述稀土元素添加量不同的多组所述稀土铝合金熔体是通过向配制好的铝合金的合金元素中添加不同含量的稀土元素制备而成，其中所述稀土元素的添加量从低至高进行递增。
[0015]在可选的实施方式中，所述铝合金为7000系铝合金。
[0016]在可选的实施方式中，所述稀土元素包括Sc、Er、Ce、La和Y中的至少一种。
[0017]在可选的实施方式中，所述稀土元素的添加量为0.1％
‑
1.2％。
[0018]在可选的实施方式中，所述稀土铝合金熔体是于真空熔炼室内进行熔炼获得的，所述稀土铝合金熔体的温度为720
‑
760℃；
[0019]优选地，所述真空熔炼室与所述三维运动平台所在的下腔体的压差为25
‑
35kpa；
[0020]优选地，所述稀土铝合金熔体采用直径为1
‑
3mm的喷嘴从所述真空熔炼室喷至所述三维运动平台；
[0021]优选地，所述喷嘴与所述三维运动平台的距离为20
‑
50cm；
[0022]优选地，所述冷却装置的出水温度控制在25
‑
35℃。
[0023]在可选的实施方式中，对所述样品进行升温至所述样品内的所述稀土铝合金铸坯完全熔化包括：对所述样品加热至720
‑
730℃，保温10
‑
20min。
[0024]在可选的实施方式中，以20
‑
100K/cm的温度梯度和5
‑
60K/min降温速率进行定向凝固。
[0025]在可选的实施方式中，所述同步辐射成像数据进行处理包括：对枝晶通过语义分割得到独立的枝晶样本，再通过分类对沿不同晶面生长的枝晶形态进行区分，获得枝晶形态数量和分布情况的数据。
[0026]第二方面，本专利技术提供一种7000系稀土铝合金，其包括合金元素和稀土元素，所述稀土元素的添加量是按照如前述实施方式任一项所述的利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法确定的；
[0027]优选地，所述7000系稀土铝合金的成分包括Si：≤0.10％、Fe：≤0.12％、Cu：1.8％
‑
2.2％、Mg：2.0％
‑
2.4％、Mn：≤0.05％、Cr：≤0.05％、Zn：7.8％
‑
8.4％、Ti：≤0.06％、Zr：0.15％
‑
0.20％、Sc：0.4％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素总量≤0.100％，余量为Al；
[0028]优选地，所述7000系稀土铝合金的成分包括Si：≤0.10％、Fe：≤0.12％、Cu：1.8％
‑
2.2％、Mg：2.0％
‑
2.4％、Mn：≤0.05％、Cr：≤0.05％、Zn：7.8％
‑
8.4％、Ti：≤0.06％、Zr：0.15％
‑
0.20％、Ce：0.3％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素总量≤0.100％，余量为Al。
[0029]本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本申请通过利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法来确定特定的7000系稀土铝合金中稀土元素的添加量获得的结果与实际验证结果基本一致。并且，本申请通过同步辐射可以更直观的对稀土元素在铝合金凝固过程中枝晶生长动态以及形貌演变进行实时成像观察，能够更清晰更直观的观察到稀土在铝合金中的形核过程及对枝晶的细化效果。可以提供最直接的稀土添加量数据，指导工业生产，避免了添加量过多出现浪
费的情况及添加量过少效果不佳的情况。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0032]图1为本申请实施例1提供的利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法在稀土元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法，其特征在于，其步骤包括：将稀土元素添加量不同的多组稀土铝合金熔体于压力作用下冲击至三维运动平台上的冷却装置上，以获得多组稀土铝合金铸坯；将所述稀土铝合金铸坯加工成试样并夹设于两片固定夹片中形成样品；对所述样品进行升温至所述样品内的所述稀土铝合金铸坯完全熔化，随后在所述样品的两端设置固定的温度梯度和降温速率开始定向凝固，对凝固区域进行拍摄记录，获得同步辐射成像数据；对所述同步辐射成像数据进行平场矫正处理，得到枝晶形貌照片；对多组稀土铝合金铸坯的枝晶形态数量和分布图像进行比对，获得枝晶最小、数量最多的形貌照片及对应的稀土含量，完成稀土含量添加量的确定。2.根据权利要求1所述的利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法，其特征在于，所述稀土元素添加量不同的多组所述稀土铝合金熔体是通过向配制好的铝合金的合金元素中添加不同含量的稀土元素制备而成，其中所述稀土元素的添加量从低至高进行递增。3.根据权利要求2所述的利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法，其特征在于，所述铝合金为7000系铝合金。4.根据权利要求2所述的利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法，其特征在于，所述稀土元素包括Sc、Er、Ce、La和Y中的至少一种。5.根据权利要求2所述的利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法，其特征在于，所述稀土元素的添加量为0.1％
‑
1.2％。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的利用同步辐射确定稀土铝合金中稀土元素添加量的方法，其特征在于，所述稀土铝合金熔体是于真空熔炼室内进行熔炼获得的，所述稀土铝合金熔体的温度为720
‑
760℃；优选地，所述真空熔炼室与所述三维运动平台所在的下腔体的压差为25
‑
35kpa；优选地，所述稀土铝合金熔体采用直径为1
‑
3mm的喷嘴从所述真空熔炼室喷至所述三维运动平台；优选地，所述喷嘴与所述三维运动平台的距离为20
‑
50cm；优选地，所述冷却装置的出水温度控制在25
‑
35℃。7.根据权利要求1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海涛，张佼，吴越，邢辉，
申请(专利权)人：昆山晶微新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：