آلیاژهای آلومینیوم اسکاندیم

آلیاژهای آلومینیوم اسکاندیم کاملاً مشهور هستند که حاصل اضافه کردن مقادیر کمی از اسکاندیم، فلز خاکی کمیاب، که به آلیاژهای آلومینیومی باشند که می توانند مقاومت کششی و خصوصیات فیزیکی محصول نهایی را به طور قابل توجهی بهبود بخشند.آلیاژ Al-Sc در سال 1971 در ایالات متحده آمریکا کشف و ثبت شد و در سال های اخیر در تجهیزات ورزشی مانند چوب بیس بال، راکت تنیس، بدنه دوچرخه، تیرهای چادر و غیره استفاده شده است. شرکت آمریکایی اسلحه گرم Smith & Wesson با استفاده از این ترکیب به تولید عمده اسلحه پرداخت.

این ماده همچنین در بخش هوا فضا برای تولید مخازن گاز جوش، سازه ها برای پانل ها و محفظه های داشبورد و سازه های مهر و موم شده بزرگ استفاده می شود. هواپیمای نظامی روسی MIG 29 به عنوان هواپیمایی با بیشترین میزان آلیاژهای آلومینیوم اسکاندیم شناخته شده است.

به طور خلاصه، محققان ادعا می کنند که اسکاندیم بیشترین افزایش مقاومت کششی در هر درصد اتمی را نسبت به سایر عناصر آلیاژی دیگر هنگام افزودن به آلومینیوم فراهم می کند. با این حال، هیچ استفاده بزرگ تجاری دیگری از اسکاندیم وجود ندارد و تقاضای جهانی سالانه برای این فلز بسیار کم و حدود 20 تن می باشد!

دلیل این امر معمولاً در وجود غلظت کم اسکاندیم و دشواری آن در جداسازی آن از سنگ معدن است که باعث می شود هزینه ها به سطح بالاتری برسد (طبق ارقام اخیر، حدود 7000 دلار آمریکا / کیلوگرم کنسانتره)، در نتیجه استفاده تجاری آن را با مشکل روبرو می کند.

علیرغم علاقه روزافزون صنایع از جمله خودروسازی، قیمت آلیاژهای اصلی Al-Sc هنوز هم برای بسیاری از کاربردهای تجاری بسیار بالا است. تاکنون اسکاندیم به طور جداگانه استخراج نشده است و عمدتا در روسیه و چین به عنوان محصول جانبی در استخراج آهن، اورانیوم یا تانتالوم استخراج می شود.

خبر خوب این است که به دلیل ذخایر تازه کشف شده مواد معدنی Thortveitite در استرالیا، در ایالت جنوب شرقی نیو ساوت ولز (NSW) و ایالت شمال شرقی کوئینزلند، که دارای مقادیر قابل توجهی اکسید اسکاندیم هستند، این امر می تواند به زودی حدود 30 تا 40 درصد تغییر کند.

بر اساس گزارش aluminiuminsider کار بر روی 3 معدن جدید آغاز شده است که می توانند هر سال 112 تن اکسید اسکاندیم تولید کنند که این موضوع می تواند از سال آینده به خصوص در صنعت خودرو تغییر دهنده بازی باشد. از آنجا که تولید جهانی پنج برابر افزایش می یاب، می توان انتظار داشت که این افزایش عرضه را برای قیمت های بسیار پایین تر بازار و افزایش استفاده از این فلز فراهم کند و حتی با نسل 3 AHSS رقابت کند.

پروژه های استخراج معادن استرالیا به سرعت در حال پیشرفت هستند و به زودی قادر به تولید اولین مقادیر اسکاندیاوم خواهند بود. پروژه Nyngan در NSW قادر به تولید سالانه 80، 000 تن سنگ عیار درجه بالا و 95، 000 تن ماده معدنی کم عیار است که سالانه حدود 40 تن اکسید اسکاندیموم به شکل اصلی و تصفیه شده این عنصر تولید می کند.مقدار کمی اسکاندیم کمتر از 1 درصد وزنی برای بهبود خواص آلیاژهای آلومینیم مورد نیاز است. به عنوان مثال ترکیب اسکاندیوم با آلیاژ آلومینیوم و منیزیم با حفظ تراکم و مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت عملکرد آن را تا 150 برابر افزایش می دهد.

علاوه بر آن، اسکاندیم کیفیت اتصالات جوش داده شده آلیاژ را افزایش می دهد، از ترک خوردگی در جوش ها جلوگیری می کند و عمر خستگی را تا 200 درصد افزایش می دهد که این موضوع آلیاژهای Al-Sc را به عنوان گزینه ای عالی برای استفاده گسترده در صنعت خودرو در آینده توصیه می کند.

اسکاندیم آلومینیوم را به سه روش مختلف: تصفیه دانه، سخت شدن رسوب و جلوگیری از تبلور مجدد یا رشد دانه تقویت می کند. آلیاژهای اسکاندیم به دلیل تصفیه خوب دانه، ترک گرم در جوش ها را کاهش می دهد، مقاومت در جوش ها را افزایش می دهد و رفتار خستگی بهتری را ارائه می دهد.پرکننده یا نخ جوشکاری با اسکاندیم ظرفیت بالایی برای آلومینیم دارد. اسکاندیم دمای تبلور مجدد آلیاژهای آلومینیوم را به بالای 600 درجه سانتیگراد می رساند که کاملا بالاتر از دامنه دمایی آلیاژهای آلومینیوم قابل حرارت می باشد.