Theo nghiên cứu gần đây trên tạp chí Material , các tính chất cơ học và nhiệt của hợp kim Al-Si giàu sắt có liên quan đến sự hiện diện của một lượng lớn pha giàu sắt (-l ₅ FeSi), mà sinh lý bất lợi của chúng không chỉ phân tách ma trận mà còn gây ra ứng suất kéo và không tương thích mặt phân cách với ma trận Al.

Nghiên cứu: Ảnh hưởng của tốc độ nguội đến sự tiến hóa cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của hợp kim Al-Si giàu Fe. Hình ảnh: Yulia Grigoryeva / Shutterstock.com

Tầm quan trọng của hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm cực kỳ linh hoạt, mạnh mẽ và đáng tin cậy. Do đó, chúng có nhu cầu cao trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, kiến ​​trúc và ô tô, khiến chúng trở thành một trong những hợp kim kim loại phổ biến nhất, bên cạnh thép.

Do những lợi ích của các đặc tính ưu việt, dễ gia công, chủ yếu chống xói mòn, tăng cường tính thấm, thân thiện với môi trường và khả năng tái sử dụng, các hợp kim của nhôm được sử dụng trong nhiều loại gói linh kiện chạy bằng pin, linh kiện kỹ thuật số, các cấu hình ô tô khác nhau , quản lý năng lượng mặt trời và năng lượng gió cũng như một số mặt hàng hàng ngày.

( a ) Phổ XRD của hợp kim C1, C2 và C3. ( b ) Cho thấy quang phổ được khuếch đại một phần của ( a ). Tín dụng hình ảnh: Shen et.al., Vật liệu

 

Ảnh hưởng của sắt đến hợp kim nhôm

Việc tái sinh các sản phẩm nhôm phế liệu tạo ra nhôm tái chế. Năng lượng tiêu thụ trong quá trình sản xuất chỉ bằng 3% đến 5% điện năng tiêu thụ trong quá trình sản xuất nhôm cơ bản.

Điều này mang lại lợi ích rõ ràng về mặt tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm, và do đó, nó hiện là một trong những điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực các bộ phận composite siêu nhẹ. Sắt được coi là thành phần gây ô nhiễm nguy hiểm nhất trong nhôm tái chế. Lý do cơ bản là độ hòa tan rắn của sắt trong hợp kim nhôm-silic đúc thấp (khoảng 0,05% trọng lượng), cho phép hình thành một loạt các pha liên kim loại giàu sắt trong quá trình kết tinh. Trên ảnh hiển vi hai chiều, β-Al ₅ FeSi dài và giống như hình kim, và không gian 3D có cấu trúc dạng vòng.

Pha β-Al ₅ FeSi liên kim loại

Kích thước và hình dạng của cấu trúc pha là những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc tính của hợp kim. Pha -l ₅ FeSi dạng kim dễ dàng thúc đẩy ứng suất kéo và sự phân tách ma trận, gây bất lợi cho các đặc tính cơ học của nhôm.

Hơn nữa, nồng độ sắt cao làm suy giảm nghiêm trọng tính linh động của quá trình nóng chảy và làm giảm hiệu suất của vật đúc. Do đó, nhiều nhà khoa học đang cố gắng thay đổi cấu trúc liên kết của các pha -Al ₅ FeSi, chẳng hạn như bằng cách đưa vào các hợp chất liên kim loại như Mn, Nb, Co, Sc, Er, v.v. Tăng cường quá trình gia nhiệt và quá nhiệt nóng chảy là một phương pháp hữu ích bổ sung để cải thiện cấu trúc của pha giàu sắt.

 

Ảnh SEM của hợp kim ( a , b ) C1 và ( c , d ) C2. ( e , f ) là kết quả EDS của ( b , d ) các khu vực tương ứng. Tín dụng hình ảnh: Shen et.al., Vật liệu

Việc bao gồm các thành phần nói trên chỉ đơn giản là sửa đổi hình dạng của pha giàu sắt, gây ra các vấn đề kỹ thuật nhất định và làm tăng rủi ro khi thu hồi các nguồn thứ cấp từ hợp kim Al-Si. Do đó, việc phát triển các hợp kim Al-Si hiệu suất cao với nồng độ Fe cao là rất quan trọng.

Có hợp kim hiệu ứng tốc độ làm mát không?

Thay đổi nhiệt độ hoạt động là một cách tiếp cận mạnh mẽ để thay đổi cấu trúc liên kết của vi cấu trúc. Do tính đồng nhất về mặt sinh hóa và khả năng hấp thụ chất rắn cao, kéo sợi nóng chảy là một quy trình kết tinh nhanh phổ biến được sử dụng trong sản xuất chất kích thích sinh học.

Hơn nữa, sự phát triển vi cấu trúc của hợp kim Al-Si đã được quan sát là phụ thuộc vào tốc độ làm nguội và nồng độ Fe. Tốc độ làm nguội trong các vật đúc khuôn điển hình nằm trong khoảng từ 1 đến 10 K / s đến 10 K / s – 100 K / s trong đúc khuôn áp suất cao. Cần phải khảo sát vi cấu trúc trong điều kiện đông đặc nhanh với tốc độ nguội hơn 103 K / s.

Kết quả nghiên cứu

Hợp kim Al-10Si-1.5Fe được nghiên cứu trong nghiên cứu này được làm từ các thỏi đúc của hợp kim thương mại hóa bằng cách sử dụng ba mẫu riêng biệt có nhãn C1, C2 và C3. Hợp kim C1 cho thấy ba bộ dạng nhiễu xạ mạnh ở tốc độ làm lạnh 30 K / s, tương ứng với các pha Al, Si và β-Al ₅ FeSi, tương ứng. Pha -Al ₃ FeSi ₂ có thể nhìn thấy trong hợp kim C2 khi tốc độ làm lạnh lên đến 6,7 x 102 K / s. Điều đáng chú ý là các pha giàu sắt biến mất trong chất nền khi tốc độ làm lạnh tăng lên 2,4 x104 K/s.

 

Phân bố thống kê chiều dài của pha giàu Fe của hợp kim ( a ) C1, ( b ) C2 và ( c ) C3, ( d, e, f ) là phân bố thống kê về chiều rộng của pha giàu Fe của Các hợp kim C1, C2 và C3, tương ứng. Tín dụng hình ảnh: Shen và cộng sự, Vật liệu

Việc tăng nhiệt độ làm lạnh không chỉ làm thay đổi hình thái của pha giàu Fe mà còn làm biến đổi pha Si eutectic trong hợp kim C2 từ dạng hạt thô thành dạng hạt mịn. Các pha phân tán trong nền hợp kim C3 đồng nhất và khuếch tán hơn khi so sánh với hợp kim C1 và C2. Pha giàu Fe thay đổi từ dạng hình kim dài nhọn sang dạng hình que ngắn hơn, với trạng thái khuếch tán phân tán hơn và gần như không nhìn thấy liên kết đan xen.

Quan trọng nhất, khi tốc độ làm mát tăng lên, độ giãn dài khi đứt của hợp kim được cải thiện đáng kể. Các đặc tính kéo của hợp kim C2 và hợp kim C1 đúc không khác biệt đáng kể. Tuy nhiên, các đặc tính cơ học của hợp kim C3 với tốc độ nguội nhanh vượt trội hơn so với hợp kim C1 và C2.

Khi tốc độ làm lạnh tăng cao hơn, tỷ lệ của các pha silicon giảm đáng kể. Nhìn chung, quá trình gia cố được cho là có liên quan đến việc sửa đổi hình dạng của quy trình bước hình kim và giảm tỷ lệ pha silicon eutectic.

Tóm lại, tốc độ làm nguội có tác động đáng kể đến hình dạng của pha giàu Fe trong hợp kim Al-Si. Kỹ thuật phủ spin đã chuyển đổi sự đứt gãy đột ngột của hợp kim Al-Si giàu Fe thành hiện tượng không dẻo, điều này rất quan trọng đối với việc thu hồi và tái chế hợp kim Al-Si giàu Fe và có những ứng dụng tiềm năng đáng kể trong ngành.

(Nguồn: www.mdpi.com)

 

Cảm ơn đã theo dõi hết bài viết!!!