7B50合金大規(guī)格預(yù)拉伸板

在美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)注冊(cè)的變形鋁合金中，并沒(méi)有7B50這個(gè)合金，但是按中國(guó)國(guó)標(biāo)GB/T3190-2008卻有這個(gè)合金。

7B50合金的鋅含量比7050合金的大0.3個(gè)百分點(diǎn)，并含有0.0002%Be~0.002%Be，Ti的含量也多0.04個(gè)百分點(diǎn)，其他元素的含量則幾乎完全相同，所以他們的組織與性能相同。

微量Be的加入主要是為了提高氧化膜的致密性，減輕或防止熔煉時(shí)鎂的燒損。

含鈧的鋁合金

鈧（Sc）是一種稀土元素，稀土元素是元素周期表ⅢB族中的鈧、釔、鑭系等17種元素的總稱，常用R或RE表示。鈧是第一個(gè)稀土元素，是1879年瑞典化學(xué)家尼爾松（L·F·Nilson）發(fā)現(xiàn)的。

鈧的化學(xué)活性很強(qiáng)，當(dāng)和氧作用時(shí)，生成很穩(wěn)定的Sc2O3，它的標(biāo)準(zhǔn)生成熱和標(biāo)準(zhǔn)自由焓負(fù)值比鈣、鋁、鎂氧化物的值還大。鈧的物理性質(zhì)：原子序數(shù)21、原子量44.956、熔點(diǎn)1541℃、沸點(diǎn)2836℃、24℃時(shí)密度2.989g/cm3、熔化熱3.369×4.181J/mol、汽化熱89.9 ×4.184KJ/mol、25℃時(shí)電阻率52×10-6Ω·cm、密排六方晶格、常見化合價(jià)+3。

稀土金屬在地殼中的豐度0.0153%，與常見金屬鋅、錫、鈷的豐度相近，鈧的豐度為5g/t。

世界最大氧化鈧研發(fā)生產(chǎn)基地

全球最大氧化鈧研發(fā)生產(chǎn)基地在中國(guó)，生產(chǎn)鋁-鈧合金首先必須生產(chǎn)出氧化鈧，再制成鋁-鈧中間合金，再將中間合金加到鋁合金溶體中，方可制成含鈧的鋁-鈧合金。當(dāng)下，含鈧的鋁合金中的鈧含量都是微量的，都≤0.5%，但是不管含鈧多少，只要含有鈧的鋁合金皆被稱為鋁-鈧合金或含鈧的鋁合金。

2018年中國(guó)中冶新材料有限公司一期項(xiàng)目順利建成，其氧化鈧車間于2019年1月21日產(chǎn)出了高純氧化鈧，該車間一期氧化鈧生產(chǎn)能力20t/a,從而成為最大者。據(jù)美國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)局公布的資料，2015年~2017年，全球鈧的產(chǎn)銷量10t/a~15t/a。中冶新材料公司采用自主研發(fā)的低成本紅土鎳礦提取氧化鈧的工藝，這是一條綠色的大規(guī)模生產(chǎn)氧化鈧的工藝路線。從而可向市場(chǎng)大規(guī)模穩(wěn)定地提供高品質(zhì)氧化鈧，為鋁-鈧合金的發(fā)展提供穩(wěn)定的原料支撐，同時(shí)有利于產(chǎn)品成本的降低。

為保障國(guó)家重要戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源安全，促進(jìn)國(guó)內(nèi)含鈧材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，中冶新能源公司已聯(lián)合中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司、中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院、北京工業(yè)大學(xué)和河北工業(yè)大學(xué)，通過(guò)系統(tǒng)的硬件建設(shè)和人才隊(duì)伍建設(shè)，成立了河北省鈧系材料工程研究中心，重點(diǎn)研發(fā)高純氧化鈧制備技術(shù)、鋁合金鈧微合金技術(shù)及新型高性能鋁-鈧合金開發(fā)、含鈧鎢基陰極材料制備技術(shù)，建設(shè)產(chǎn)業(yè)化示范生產(chǎn)線，形成系統(tǒng)鈧系材料研究體系并打造國(guó)家級(jí)研發(fā)中心，培育和輻射新興科技及產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)和促進(jìn)航空航天、國(guó)防軍工、新能源、新能源汽車和下一代信息技術(shù)等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

鈧在鋁合金中的作用

將鈧加入各種鋁合金、鎂合金中，可提高其高溫強(qiáng)度，用以制造艦船發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪、飛機(jī)及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈零部件，向鋁-鋯合金加入適量的稀土用作電纜，可提高電纜的強(qiáng)度性能和耐磨性，而不降低其電導(dǎo)率，具有中國(guó)特色的稀土鋁線纜。

俄羅斯、美國(guó)、日本、德國(guó)、中國(guó)等都對(duì)鋁-鈧合金作過(guò)與正在對(duì)其進(jìn)行研究。在俄羅斯鋁-鈧合金已在航空航天器制造中獲得大量應(yīng)用。把鈧加入鋁中可形成Al3Sc，如果和鋯一同加入鋁中又可形成Al3Zr，它們是鋁的結(jié)晶核心，可以極大地細(xì)化鋁的晶粒，使鋁的晶粒細(xì)小均勻，鈧是細(xì)化鋁及鋁合金晶粒最有效的，故有“細(xì)化劑王”之稱。

在鋁及合金中只要加入千分之幾的鈧就會(huì)生成Al3Sc新相，使合金的組織和性能發(fā)生明顯變化。加入0.2%Sc~0.4%Sc可以顯著提高合金的高溫輕度、組織穩(wěn)定性、可焊性和抗腐蝕性能，并可避免長(zhǎng)期高溫工作時(shí)易產(chǎn)生的脆化現(xiàn)象。通過(guò)添加微量鈧可在現(xiàn)有鋁合金基礎(chǔ)上開發(fā)出新一代鋁合金如高強(qiáng)韌鋁合金、新型高強(qiáng)耐蝕可焊鋁合金、新的高溫鋁合金、高強(qiáng)度鈧中子鋁合金。在鋁-鈧合金研發(fā)和應(yīng)用方面，俄羅斯起了領(lǐng)跑者作用，如1420合金已用于制造米格-29、圖-204及雅克-36垂直起落等飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件，1421合金擠壓材已用于制造運(yùn)輸機(jī)縱梁。美國(guó)用鋁-鈧合金制造焊絲和體育器材，如棒球和壘球棒、曲棍球桿和自行車縱梁等。

俄羅斯的鋁-鈧合金

與不含鈧的同成分合金相比，含鈧的鋁合金具有更高的強(qiáng)度性能和韌性，更高的抗蝕性，是繼鋁-鋰合金之后又一新的一代航空航天、艦船輕型材料。在蘇聯(lián)時(shí)代，鋁-鈧合金集中在科學(xué)院巴依科夫研究所和全蘇輕合金研究所研發(fā)，1991年蘇聯(lián)解體后進(jìn)入俄羅斯時(shí)代，但這兩個(gè)研究所仍致力于鋁-鈧合金研發(fā)，它們研發(fā)出Al-Mg-Sc系、Al-Zn-Sc系、Al-Zn-Mg-Cu-Sc系、Al-Mg-Li-Sc系和Al-Cu-Li-Sc系共17個(gè)牌號(hào)的鋁-鈧合金，產(chǎn)品主要用于航空航天、艦船等的焊接受力結(jié)構(gòu)件，以及在堿性腐蝕介質(zhì)環(huán)境中工作的鋁合金管材、鐵路運(yùn)輸油罐、高速列車關(guān)鍵零部件等。

截至2018年4月在美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)公司（AA）注冊(cè)的鋁-鈧合金只有4個(gè)：法國(guó)2004年注冊(cè)的2023合金，含0.06%Sc~0.15%Sc；德國(guó)2008年注冊(cè)的5024合金，含0.10%Sc~0.40%Sc；德國(guó)2014年注冊(cè)的5028合金，含0.02%Sc~0.40%Sc；2009年美國(guó)注冊(cè)的7042合金，含0.18%Sc~0.50%Sc，這是迄今含鈧最高的鋁合金。

俄羅斯的鋁-鈧合金都成型于蘇聯(lián)時(shí)代，進(jìn)入俄羅斯時(shí)代并沒(méi)有取得驚人的有里程碑意義的成就。

鋁-鎂-鈧系合金

此系合金共有8個(gè)：01570、01570C、01571、01545、01545K、01535、01523、01515，它們的合金化元素為Mg、Sc、Zr、此外還含微量Mn及Ti，為了降低合金溶體的氧化，還可以加入微量的Be。

01570合金的鎂含量最高，與含鎂量6%的Al-Mg合金相當(dāng)，但后者的抗拉強(qiáng)度為340N/mm2、屈服強(qiáng)度為180N/mm2,這就是說(shuō)加入鈧與鋯后，合金的強(qiáng)度性能有了很大提高。01570合金還有良好的超塑性和可焊性能。

01571合金為焊絲合金，還含有微量的混合稀土與硼，它的強(qiáng)度比01570合金的稍低，但塑性則高一些，用于焊接Al-Mg-Sc與Al-Zn-Mg-Sc合金。由于含有Sc、Zr、Ti等微量元素，焊縫鑄態(tài)組織得到顯著細(xì)化，焊縫的熱裂傾向也小了許多，同時(shí)由于焊縫的結(jié)晶速度甚快，微量Sc、Zr最大程度地溶入了Al-Mg合金固溶體中，在后來(lái)的熱處理過(guò)程中以納米級(jí)的Al3Sc、Al3Zr粒子析出，顯著提高了Al-Mg-Sc和Al-Zn-Mg-Sc合金焊接接頭強(qiáng)度。

01545合金的鎂含量比01570合金的少，為4.0%~4.5%，因而塑性與成形加工性能比01570合金的好，后來(lái)又研制成功含4.2%Mg~4.8%Mg的01545K合金，它在液氫溫度20K時(shí)有很好的力學(xué)性能，Rm≥600N/mm2，Rpo.2≥430N/mm2，A10≥15%，是焊接液氫與液氧火箭燃料貯罐的材料。

01535合金的鎂含量為3.5%~4.5%，比01570合金及01545合金的都低一些，但有良好的塑性，有利于成品加工，也減少了剝落腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險(xiǎn)，它的抗拉強(qiáng)度Rm≥360N/mm2，Rpo.2≥N/mm2，伸長(zhǎng)率≥16%，主要用于焊接低溫結(jié)構(gòu)件，如液化氣罐等。

01523合金的鎂含量低，僅約2%，但有很好的抗蝕性、成形性和抗中子輻照性，可是強(qiáng)度卻比不含鈧的AlMg2合金的高得多。

01523合金用于焊接在高腐蝕性介質(zhì)中工作的構(gòu)件，如運(yùn)送H2S含量高的原油容器管道，以及受中子輻照的焊接零部件。

01515合金是一種含鎂量很低的鋁-鎂-鈧-鋯合金，熱導(dǎo)率高和有較高的屈服強(qiáng)度Rpo.2，在航空航天器交換器制造中有著廣泛的應(yīng)用。

鋁-鋅-鎂-銅-鈧合金

在俄羅斯此系合金有3個(gè)成型的：01970、01975、01981，Zn的含量4.5%~5.5%，Mg含量約2%，Zn/Mg比2.6，Cu含量0.35%~1.0%，（Sc+Zr）含量0.30%~35%。

01970合金抵抗再結(jié)晶的能力甚強(qiáng)，即使冷變形率很大，其開始再結(jié)晶溫度也比固溶處理溫度高。例如，冷變形達(dá)85%的板材在450℃淬火后仍保持著完整的非再結(jié)晶組織。

還有一種牌號(hào)為01975的鈧含量低的鋁-鎂系合金，只含0.07%Sc，在現(xiàn)有全球的鋁-鈧合金中，是含鈧量最少的，其他成分與01970合金的相同。01975合金有很好的塑性與壓力加工性能，擠壓后可在空氣中在線淬火，時(shí)效后的材料有良好的綜合性能：高的強(qiáng)度性能和抗剝落腐蝕性能，良好的抗應(yīng)力腐蝕性，優(yōu)異的可焊性，是擠壓高速列車、地鐵和橋梁等承力結(jié)構(gòu)的重要材料。

在此系含鈧的合金中，上世紀(jì)90年代，俄羅斯研制成一種新型的Al-Zn-Mg-Cu-Sc合金，其性能與7055合金的相當(dāng)，但有更好的工藝性能，高的強(qiáng)度、高的彈性、低的各向異性和好的斷裂韌性。

鋁-鎂-鋰-鈧合金及鋁-銅-鋰-鈧合金

俄羅斯研發(fā)的這兩類鋁-鈧合金雖然尚未在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，但鋁鈧合金的特有優(yōu)秀性能已初顯端倪，已在航空航天工業(yè)得到應(yīng)用，用于制造一些重要的結(jié)構(gòu)件。向01420鋁-鎂-鋰-鋯（Al-5.5Mg-2Li-0.15Zr）合金添加<0.30%SC，形成了牌號(hào)為01421及01423的兩種鋁-鎂-鋰-鈧合金，它們的密度為2.5g/cm3，成為很輕的變形鋁合金之一，并有很好的可焊性。

01460合金的成分（質(zhì)量%）：3Cu、2Li、0.2~0.3（Sc+Zr），其余為Al。該合金時(shí)效后的典型力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度Rm =55N/mm2，屈服強(qiáng)度Rp0.2=490N/mm2，伸長(zhǎng)率A=7%，可用氬弧法焊接，并有良好的低溫性能，當(dāng)測(cè)試溫度從室溫降至液氫溫度時(shí)，抗拉強(qiáng)度從550N/mm2上升到680N/mm2，伸長(zhǎng)率則由7%增加到10%。俄羅斯已用此合金制造航天器發(fā)射火箭液態(tài)燃料貯箱。

新世紀(jì)以來(lái)，俄羅斯在01460合金基礎(chǔ)上研制出01464合金，其密度為2.65g/cm3，正彈性模量E=（70~80）GN/mm2，經(jīng)熱機(jī)械處理后，可具有更好的綜合性能，高的強(qiáng)度、塑性、抗蝕性、可焊性、抗沖擊性與抗裂性，還有較高的熱穩(wěn)定性，可于120℃長(zhǎng)期工作。

在2018年12月26日工信部發(fā)布的《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目標(biāo)（2018年版）》的通告中，列有兩類重點(diǎn)研發(fā)的新型鋁合金：一類是含鈧的結(jié)構(gòu)鋁合金，另一類為含鈧的焊絲鋁合金。對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，它們都是新材料，都是短板，都亟待發(fā)展。希望有關(guān)企業(yè)、科研院所、大專院校能在相關(guān)部門的牽頭下組織起來(lái)，統(tǒng)一步調(diào)，聯(lián)合攻關(guān)，既有合作，又有分工，爭(zhēng)取在四五年時(shí)間內(nèi)完成研制任務(wù)，形成有中國(guó)特色的鋁-鈧合金系列，其中有約5種鋁-鈧結(jié)構(gòu)合金，2種鋁-鈧焊絲合金。（王祝堂）

聲明：本文轉(zhuǎn)載自中國(guó)有色金屬報(bào)，版權(quán)歸原作者所有