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1、中北大学2011届本科毕业论文1绪论工业生产中,特别是在运输机械的生产中,为了追求美观和减轻自重、减少油耗，从而采用铝合金代替钢铁材料的事实,已越来越为人们所公认。现代工程结构向大型、复杂和高强度化发展,优质铝合金铸件应用日益增多,对铝合金的综合性能也提出了更高的要求,既要求有较高的力学性能,又要求具有优异的铸造性能。目前应用广泛的Al-Si系铸造铝合金是一种具有优良铸造性的工程用铝合金材料,各国都有类似成分的牌号,见表1-1。表1-1各国铸造Al—Si合金牌号及技术参数国家牌号抗拉强度/MPa延伸率/%中国ZL1012201ZL101A2702ZL114A
2、2902ZL1162902美国356.02073A356.02344A357.02833德国G-AlSi7Mg2302Wa/3.2371.6ISOAl-Si7Mg2301日本AC4C2263铝合金密度小而强度高，故在航空航天工业铸件中得到广泛的应用。在铝合金中，Al—Si系合金具有优良的铸造性能，如流动性好、气密性好、收缩小、热裂倾向小等，但在未经任何处理状态下其力学性能却一般。如果提高它的力学性能，尤其是强度、韧性同时都较高，使其能更为广泛地应用，一直是人们所关注的问题。第36页共36页中北大学2011届本科毕业论文高纯净度的熔体、理想的细化和变质效果是铝
3、合金潜力发挥的重要条件。在高效的熔体处理的基础上，通过适当的微合金化处理，在不显著降低合金韧性的前提下，进一步提高其强度[1]。钪(Sc)的密度低，在铝及铝合金中同时具有过渡金属和稀土金属这两类金属的作用，但效果却比这两类金属对铝合金的影响大。含Sc铝合金强度高、热稳定性好，有强烈的时效硬化效应,是发展高强度、高耐热性和高抗蚀性结构铝合金的一种新型微量添加元素。近十几年来,含Sc铝合金受到了材料界的重视,从基础理论到工业应用都进行了大量的研究工作。美国、日本和加拿大等国都作了不少研究工作,而我国在含Sc铝合金的研究方面还处于起步阶段。为了提高Al-Si系铸造
4、铝合金的综合性能,许多研究机构从合金成分、熔炼工艺和热处理工艺等方面进行了大量的研究。1.1钪的概述金属钪属3d型过渡族金属,与Ti、V、Cr、Mn等同周期,与La、Ce、Pr、Nd等同族,因此它兼有稀土元素、过渡族元素的特性。Sc在铝及铝合金中同时具有这两类金属的有益作用,但其效果又优于这两类金属,是到目前为止所发现的对优化铝合金性能最为有效的合金元素。在铝合金中添加微量钪(千分之几),就能对合金的结构和性能产生明显的影响,使其强度、耐腐蚀性能、焊接性能等得到很大提高，可制取超高强(σb≥650MPa,δ≥10%)、高强可焊(σb≥550MPa,焊接强度系
5、数≥0195),新型耐高温(σb≥100MPa,工作温度t≥350℃)等一系列铝合金。钪是铝的强化剂,是铝合金强有力的晶粒细化剂和有效的再结晶抑制剂。若添加量按摩尔分数计算,钪对铝的强化作用比任何其它元素都要大。铝钪合金因此是一种集高强、高韧、低密、耐热、耐蚀、可焊等优异性能于一体的新型结构材料,越来越引起国际材料界的高度重视。1.1.1钪的性质金属钪（Sc）：钪元素的原子序数21，是一种柔软、银白色的过渡性金属，常跟钆、铒等混合存在，产量很少，易溶于酸。一般在空气中迅速氧化而失去光泽，主要存在于极稀少的钪钇石中，可用以制特种玻璃及轻质耐高温合金等。钪的原子
6、量44.96,原子半径1.664埃,没有4f电子。钪是一种很活泼的金属,溶点1539℃,沸点2832℃,密度为2.995g/cm3。金属钪易与酸起作用,生成相应的化合物,它在空气中容易失去金属光泽,在500℃～800℃第36页共36页中北大学2011届本科毕业论文的条件下能够被空气中的氧气所氧化,生成氧化钪。此外,在高温下还能与卤素、氢、硫、磷、氮、硅和硼等元素起作用,生成相应的二元化合物。如果钪生成化合物以后,则呈稳定的正三价阳离子。例如,在一定条件下可生成Sc2O3、Sc(CH)3、ScCl3、ScF3、ScI3、Sc2(SO4)3和Sc(NO3)3等。
7、由于金属钪具有许多特殊的化学性质和物理性质,致使科学家对它极感兴趣。因此,近年来钪的应用开拓,日益广泛,效果显著。钪的氧化物、硝酸盐、高氯酸盐和硫酸盐等盐类,往往带有结晶水,且性质稳定易溶于水。钪在水溶液中某些性质类似稀土,特别是重稀土,如生成草酸钪,氟化钪，硫酸钪复盐的沉淀物。钪与酒石酸铵作用生成复盐沉淀物,在600℃下则分解生成氧化钪。由于钪及其化合物的制品获得的时间较晚,故致使对钪及其化合物的物理化学性质的研究很不够,基本参数不多,这在很大程度上限制了钪和其化合物用途的开发利用。图1-2给出了几种稀土元素的电负性。图1-2稀土金属电负性与稀土元素的关系
8、1.1.2钪的用途70年代前,钪及其化合物的产量少,
