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Aplicaciones de las tierras raras en el sector aeroespacial

El estado de la aplicación y la tendencia de desarrollo de las tierras raras en la industria de la aviación

1 Introducción

Ya en la década de 1950, la imitación en China de revestimientos, armazones y carcasas de motores de aviones y misiles tenía tierras raras. Se utiliza aleación de magnesio. Después de la década de 1970, con el rápido desarrollo de la industria de tierras raras de China, el desarrollo y la aplicación de tierras raras para la aviación entraron en una nueva etapa de desarrollo independiente. También se promueven y aplican gradualmente nuevas aleaciones de magnesio de tierras raras, aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio, aleaciones de alta temperatura, materiales no metálicos, materiales funcionales y productos de motores de tierras raras en aviones de combate, aviones de ataque, helicópteros, drones, aviones civiles y satélites de misiles. .

Materiales de tierras raras y sus aplicaciones en la industria aeronáutica

2.1 Aleaciones de magnesio de tierras raras

Las aleaciones de magnesio de tierras raras tienen una alta resistencia específica y son útiles para reducir los peso y tiene amplias perspectivas de aplicación para mejorar el rendimiento táctico. Las aleaciones de magnesio de tierras raras desarrolladas por Aviation Industry Corporation de China (en adelante, AVIC) incluyen aleaciones de magnesio fundidas y aleaciones de magnesio deformadas, con más de 10 marcas, muchas de las cuales se han utilizado en la producción y tienen una calidad estable. Por ejemplo, la aleación de magnesio fundido ZM6 con neodimio como principal elemento añadido se ha utilizado ampliamente en piezas importantes como cajas de cambios traseras de helicópteros, nervaduras de alas de caza y placas de plomo del rotor del generador de 30 KW. BM25 es una aleación de magnesio de alta resistencia de tierras raras desarrollada conjuntamente por AVIC y empresas de metales no ferrosos. Ha reemplazado algunas aleaciones de aluminio de resistencia media y se ha utilizado en aviones de ataque. Durante el Octavo Plan Quinquenal, con el fin de ampliar la promoción y aplicación de aleaciones de magnesio de tierras raras, también se llevó a cabo la aplicación de aleaciones de magnesio de tierras raras en ingeniería médica. Actualmente, este material se está sometiendo a experimentos médicos y biológicos. Se espera que la aleación de magnesio de tierras raras pueda usarse como material de unión para huesos artificiales para reemplazar los accesorios metálicos existentes, reducir las cirugías secundarias de los pacientes para retirar los accesorios y abrir un nuevo camino. amplio mundo de aplicaciones.

Las aleaciones de magnesio fundido de tierras raras se utilizan principalmente para uso a largo plazo por debajo de 200 ~ 300 °C y tienen buena resistencia a altas temperaturas y resistencia a la fluencia a largo plazo. Las solubilidades de varios elementos de tierras raras en el magnesio son diferentes y el orden de aumento es lantano, tierras raras mixtas, cerio, praseodimio y neodimio. Su influencia favorable sobre las propiedades mecánicas aumenta también a temperaturas ambiente y elevadas. La aleación ZM6 desarrollada por AVIC con neodimio como principal elemento agregado no solo tiene propiedades mecánicas a alta temperatura ambiente después del tratamiento térmico, sino que también tiene buenas propiedades mecánicas instantáneas a alta temperatura y resistencia a la fluencia, y puede usarse durante mucho tiempo a temperatura ambiente. o 250°C. Con la aparición de un nuevo tipo de aleación de magnesio fundido resistente a la corrosión que contiene itrio, la industria de la aviación extranjera ha vuelto a ignorar las aleaciones de magnesio fundido en los últimos años.

Después de agregar una cantidad adecuada de metales de tierras raras a las aleaciones de magnesio, se puede aumentar la fluidez de la aleación, reducir la porosidad, mejorar la estanqueidad al aire y reducir el craqueo en caliente y la porosidad. mejorado significativamente, de modo que la aleación se puede utilizar a temperaturas entre 200 y 300°C. Todavía tiene alta resistencia y resistencia a la fluencia a altas temperaturas. 2.2 Aleación de titanio de tierras raras

A principios de la década de 1970, el Instituto de Materiales Aeronáuticos de Beijing (en adelante, el Instituto) utilizó el cerio (Ce), un metal de tierras raras, para reemplazar parte del aluminio y el silicio en el Aleación de titanio Ti-A1-Mo, que limita la precipitación de fases frágiles, mejora la estabilidad térmica de la aleación y también mejora la resistencia térmica. Sobre esta base, se desarrolló una aleación de titanio fundida a alta temperatura ZT3 de alto rendimiento que contiene cerio. En comparación con aleaciones internacionales similares, tiene ciertas ventajas en cuanto a resistencia al calor y rendimiento del proceso. Las carcasas de compresores fabricadas con él se utilizan en motores WPI3. El peso de cada avión se reduce en 39 kilogramos, la relación empuje-peso aumenta en un 1,5% y los pasos de procesamiento se reducen en aproximadamente un 30%. Se han logrado beneficios técnicos y económicos evidentes, llenando el vacío existente en las carcasas de titanio para motores aeronáuticos a 500°C en mi país. Los resultados muestran que hay finas partículas de óxido de cerio en la microestructura de la aleación ZT3 que contiene cerio. El cerio se combina con parte del oxígeno de la aleación para formar partículas de óxido de tierras raras Ce203 refractarias y muy duras. Estas partículas dificultan el movimiento de dislocación durante la deformación de la aleación y mejoran las propiedades de la aleación a alta temperatura. El cerio atrapa algunas impurezas del gas (especialmente en los límites de los granos) y, por lo tanto, fortalece la aleación manteniendo una buena estabilidad térmica. Este es el primer intento de aplicar la teoría del fortalecimiento del punto de soluto insoluble a la fundición de aleaciones de titanio.

Además, en el proceso de fundición a la cera perdida de aleaciones de titanio, después de años de investigación y utilizando tecnología especial de procesamiento de mineralización, el Instituto de Materiales de Aviación ha desarrollado arena y polvo de óxido de itrio estables y económicos, con dureza y estabilidad. El líquido de titanio y otros aspectos han alcanzado un buen nivel, pero muestra una mayor superioridad en el control del rendimiento de la lechada tipo concha. La ventaja sobresaliente de utilizar carcasas de óxido de itrio para fabricar piezas fundidas de titanio es que cuando la calidad y el nivel de proceso de las piezas fundidas son equivalentes a los del proceso de capa superficial de tungsteno, las piezas fundidas de aleación de titanio se pueden hacer más delgadas que las del proceso de capa superficial de tungsteno.

En la actualidad, este proceso se ha utilizado ampliamente para fabricar diversos aviones, motores y piezas de fundición civiles.

2.3 Aleación de aluminio de tierras raras

La aleación de aluminio fundido resistente al calor que contiene tierras raras HZL206 desarrollada por AVIC tiene propiedades mecánicas superiores a alta temperatura y temperatura ambiente en comparación con el níquel extranjero. que contienen aleaciones, alcanzando el nivel de aleaciones extranjeras similares de nivel avanzado. Actualmente se utiliza en válvulas de presión de helicópteros y aviones de combate, con temperaturas de funcionamiento de hasta 300°C, sustituyendo al acero y las aleaciones de titanio. El peso estructural se reduce y se ha puesto en producción en masa. La resistencia a la tracción de la aleación supercristalina de aluminio y silicio ZL117 de tierras raras a 200 ~ 300 ° C es mayor que la de las aleaciones de pistón alemanas KS280 y KS282. La resistencia al desgaste es de 4 a 5 veces mayor que la de la aleación de pistón ordinaria ZL108. coeficiente de expansión lineal y buena estabilidad dimensional. Se ha utilizado en compresores de aire KY-5, KY-7 y accesorios de aviación. La adición de tierras raras puede mejorar significativamente la microestructura y las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio. El mecanismo de acción de los elementos de tierras raras en las aleaciones de aluminio es: formar una distribución dispersa, y los compuestos finos de aluminio desempeñan un papel importante en el fortalecimiento de la segunda fase; la adición de elementos de tierras raras desempeña un papel en la desgasificación y purificación, reduciendo así; los compuestos de aluminio de tierras raras sirven como núcleos heterogéneos para refinar los granos y * * * fases cristalinas, y también son un modificador de elementos de tierras raras que promueven la formación y el refinamiento de elementos ricos en hierro; fases y reducir los efectos nocivos de las fases ricas en hierro. A medida que aumenta la cantidad de tierras raras añadidas, la solución sólida de Fe en α-A1 disminuye. También es beneficioso para mejorar la resistencia y la plasticidad.

2.4 Materiales incompletos de tierras raras

El material de encapsulado orgánico de tierras raras XZ-1 se ha utilizado en ocho tipos de productos electromagnéticos, como interruptores electromagnéticos de combustible e interruptores electromagnéticos hidráulicos en aceite de alto rendimiento. sistemas de control. Debido a su bajo costo y construcción simple, puede reemplazar los materiales para macetas epoxi en grandes cantidades y tiene buenos beneficios económicos. Se desarrolló con éxito el revestimiento de caucho antienvejecimiento KF-1, que resolvió el antiguo problema de la corta vida útil de los tanques de combustible de los aviones. La aplicación del KF-1 ha ampliado la vida útil de los tanques de combustible de los aviones de 3 a 5 años a 15 a 20 años, ha mejorado el rendimiento y ha logrado importantes beneficios técnicos y económicos. El recubrimiento MCrAIY que contiene Y2O3 es un recubrimiento de tercera generación diseñado para componentes que se utiliza para álabes de turbinas, álabes guía y otros componentes del extremo caliente del motor. Se ha aplicado en motores de alto rendimiento y larga duración en el extranjero. El Instituto de Investigación de Materiales Aeroespaciales ha desarrollado con éxito este tipo de serie de recubrimientos utilizando tecnología de deposición por pulverización catódica por magnetrón y tecnología de revestimiento iónico de arco múltiple. Su resistencia a la corrosión en caliente y su rendimiento integral han alcanzado el nivel avanzado de recubrimientos similares en el extranjero. Esta serie de revestimiento ha sido seleccionada para álabes de turbina y álabes guía de aleaciones de alta temperatura, aleaciones solidificadas direccionalmente, aleaciones monocristalinas y aleaciones a base de Ni-A1, y se utiliza como revestimiento antioxidante de alta temperatura en motores avanzados y turbinas de gas terrestres. El Y2O3 desempeña un papel de "fijación" entre el recubrimiento y la aleación de la matriz en esta serie de recubrimientos, mejorando significativamente la fuerza de unión entre el recubrimiento y la matriz.

Los aditivos de tierras raras también juegan un papel importante en el tratamiento térmico químico. Dado que los elementos de tierras raras tienen estructuras electrónicas específicas y una alta actividad química, tienen un efecto de activación significativo en el tratamiento térmico químico, que desempeña un papel importante en la mejora de la estructura y el rendimiento de la capa permeable y en el aumento de la tasa de permeabilidad. Se compararon los procesos convencionales de carburación, nitrocarburación y el proceso de adición de aditivos de tierras raras en la Planta AVIC 310. Los estudios experimentales preliminares muestran que la permeabilidad se puede aumentar en un 30%. La dureza de nitrocarburación Hv del acero rápido de tierras raras se puede aumentar de 933 a 946, con un rango de aumento de 1350 a 1478. El método de tratamiento térmico químico que utiliza elementos de tierras raras es simple y fácil de implementar y no requiere requisitos especiales para el equipo. Es de gran importancia aumentar el peso del producto y ahorrar energía, y tiene un buen valor de promoción y aplicación.

2.5 Materiales de imanes permanentes de tierras raras

Los materiales de imanes permanentes de tierras raras se han desarrollado muy rápidamente y se han utilizado ampliamente en muchos campos, convirtiéndose en una base material importante para las nuevas tecnologías contemporáneas. Desde la década de 1980, las aleaciones de samario y cobalto se utilizan como motores de imanes permanentes de tierras raras. Los tipos de productos incluyen servomotores, motores de accionamiento, arrancadores de automóviles, motores militares terrestres, motores de aviación, etc. Algunos productos se exportan. Las principales características de la aleación de imán permanente Sm-Co son: (1) La curva de desmagnetización es básicamente una línea recta y su pendiente es cercana a la permeabilidad magnética inversa, es decir, la línea recta de recuperación y la curva de desmagnetización coinciden aproximadamente ( 2) La fuerza coercitiva es grande y es resistente a la desmagnetización. Fuerte capacidad (3) Tiene un producto de energía magnética máxima muy alto (4) El coeficiente de temperatura reversible es pequeño y la estabilidad de la temperatura magnética es buena; Debido a las características anteriores, la aleación de imán permanente de samario y cobalto de tierras raras es particularmente adecuada para su uso en circuitos abiertos, situaciones de presión, campos de desmagnetización o situaciones dinámicas, y es adecuada para la fabricación de componentes pequeños.

¿160LY producido por la fábrica AVIC 125? 2 El motor de torsión de CC de imán permanente utiliza imanes de neodimio, hierro y boro (NTP200/64). El uso de imanes permanentes de neodimio, hierro y boro en lugar de imanes permanentes de samario y cobalto reduce los costos y mejora el rendimiento. El arrancador de automóvil poco profundo de imán permanente de tierras raras QZDM01-H producido por la fábrica utiliza imanes de neodimio, hierro y boro y es un arrancador de desaceleración de tierras raras. El uso de imanes de tierras raras hace que el arrancador sea de tamaño pequeño, de alta eficiencia, de gran par de salida y de rápida velocidad de arranque. Es necesario mejorar el coeficiente de temperatura de los materiales magnéticos permanentes SmCo domésticos, es necesario mejorar aún más la estabilidad a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión de los materiales magnéticos permanentes NdFeB, y los materiales magnéticos permanentes NdFeB adheridos aún se encuentran en la etapa de investigación y desarrollo.

El desarrollo de materiales de imanes permanentes ha pasado por la etapa de ferrita (producto de energía magnética 4,6 MGOe), la etapa de aleación Enico (producto de energía magnética 11,5 MGOe), la etapa de SmCo (producto de energía magnética 31,0 MGOe) y NdFeB. etapa (producto de energía magnética 43MGOe). El exitoso desarrollo del material de imán permanente Ti-Fe-B-RE ha permitido la ultraminiaturización de auriculares, parlantes, motores paso a paso y motores sin núcleo. El motor de automóvil de 1000 cc de General Motors de Estados Unidos utiliza imán permanente de neodimio, hierro y boro, lo que reduce el peso y el volumen del motor entre un 40 y un 50% y un 45% respectivamente. Si se puede aumentar la temperatura de uso del material, se abrirán perspectivas de aplicación más amplias para el material.

3 El papel de las tierras raras en el desarrollo de materiales de aviación

El papel de las tierras raras en el desarrollo de materiales de aviación está determinado por sus propiedades. El radio atómico de los elementos de tierras raras es mayor que el de los metales comunes como el Al y el Mg, por lo que la solubilidad sólida de los elementos de tierras raras en estos metales es extremadamente baja y es casi imposible formar una solución sólida. Debido a la alta actividad química de los elementos de tierras raras, los elementos de tierras raras son extremadamente activos en reacciones químicas y reaccionan fácilmente con gases (como el oxígeno), no metales (como el azufre) y metales para formar la mayoría de los compuestos estables correspondientes; Estos compuestos recién formados tienen altos puntos de fusión, baja densidad y propiedades químicas estables. El papel de las tierras raras en los metales se puede resumir de la siguiente manera:

(1) Reducir los efectos nocivos de las impurezas no metálicas. El hidrógeno es una impureza dañina en las aleaciones de acero y aluminio. Cuando el hidrógeno disuelto en metal líquido se solidifica, precipita en estado atómico y se agrega en moléculas, lo que produce defectos inducidos por el hidrógeno, como grietas intergranulares, poros y poros, que provocan graves daños a la fundición, el procesamiento del plástico y el rendimiento. Los experimentos han demostrado que agregar una cantidad adecuada de tierras raras (0,1 ~ 0,3%) al aluminio y sus aleaciones reducirá significativamente el contenido de hidrógeno, reducirá el daño del hidrógeno y mejorará el rendimiento de la aleación. La fórmula de la reacción química es la siguiente:

4/3[RE]+2[O]→2/3RE203(sólido)

[RE]十[H]→REH( sólido)

RE (botella) 10 MnS (sólido) → RES (sólido) + Mn (botella)

El compuesto de tierras raras producido por la reacción tiene un alto punto de fusión, ligero gravedad específica y flota en la escoria. Y sus diminutas partículas se convierten en núcleos heterogéneos durante el proceso de cristalización del aluminio.

(2) Refina la estructura del grano y de las dendritas y mejora la termoplasticidad. Las tierras raras pueden refinar la estructura de la aleación y aclarar la red dendrítica, mejorando así la termoplasticidad de la aleación. Las diminutas partículas sólidas de los compuestos de tierras raras proporcionan núcleos cristalinos heterogéneos o segregación en la interfaz de cristalización, lo que dificulta el crecimiento de células unitarias y proporciona mejores condiciones térmicas para la cristalización y el refinamiento del acero fundido.

(3) Cambiar la forma y distribución de las inclusiones. Las tierras raras forman compuestos con impurezas y precipitan en los límites de los granos, cambiando el modo de existencia original de la solución sólida y reduciendo el número de inclusiones.

(4) Tiene un efecto reforzante. La adición de elementos de tierras raras a las aleaciones reduce la cantidad de hidrógeno, oxígeno e inclusiones y refina las redes de granos y dendritas. Los compuestos de alto punto de fusión generados por la interacción entre tierras raras y elementos no metálicos se dispersan en la matriz. Las tierras raras y los elementos metálicos generan compuestos intermetálicos de alto punto de fusión, que no solo eliminan la estructura gruesa sino que también estabilizan el grano. límites, todo lo cual mejora la resistencia del efecto del material. (5) La introducción de tierras raras mejora la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación a alta temperatura de los materiales de aleación que contienen tierras raras. La adición de elementos de tierras raras también se ha estudiado en tecnología de fundición, forja, soldadura, tratamiento térmico y recubrimiento de superficies, muchas de las cuales han logrado resultados positivos, pero el mecanismo de acción de los elementos de tierras raras en estos procesos térmicos y piezas requiere mayor desarrollo. e investigación.

4 Las perspectivas de aplicación de los materiales de tierras raras en materiales de aviación

Debido al gran radio atómico de los metales de tierras raras, es fácil perder dos electrones S en la capa más externa y 5d o más en la segunda capa. Un electrón en 4f se convierte en un ion trivalente. Por tanto, los metales de tierras raras son extremadamente activos en reacciones químicas y reaccionan fácilmente con otras sustancias.

Los elementos de tierras raras tienen la característica de llenar de forma incompleta la capa 4f con electrones, lo que da como resultado varias propiedades especiales, como propiedades magnéticas, eléctricas y ópticas. Estas atractivas propiedades y la amplia gama de usos potenciales de los elementos de tierras raras han atraído una gran atención y una extensa investigación entre los científicos de materiales aeroespaciales. Las investigaciones recientes se centran en:

4.1 Materiales cerámicos de tierras raras

Se han logrado nuevos avances en la aplicación de materiales de tierras raras en motores de aviones con una alta relación empuje-peso. En los últimos años, la Corporación Nacional de Aviación de China ha llevado a cabo investigaciones sobre la aplicación de tierras raras en cerámica estructural. Las cerámicas de nitruro de silicio tienen excelentes propiedades, como alta resistencia a altas temperaturas, buena resistencia al choque térmico y baja fluencia a altas temperaturas. Es el nuevo material cerámico estructural más prometedor para motores de alta relación empuje-peso. Las cerámicas de nitruro de silicio todavía siguen el mecanismo de sinterización en fase líquida y es necesario agregar algunos aditivos de óxido para reaccionar con las capas de Si3N4 y SiO2 en la superficie de las partículas para generar una fase líquida para promover la sinterización. Después de la introducción de óxidos como A1203 y MgO como coadyuvantes de sinterización, la tenacidad a la fractura y la resistencia de las cerámicas de nitruro de silicio no son altas. Sin embargo, se introduce el óxido de tierras raras Y2O3, es decir, y2 O3-a 1203, o Y2O3-MgO. como ayuda para la sinterización. La tenacidad a la fractura a temperatura ambiente y la resistencia de las cerámicas de silicio mejoran significativamente, pero el rendimiento a altas temperaturas no es bueno. En los últimos años, se ha descubierto que al utilizar óxidos de tierras raras Y203 y La203 como aditivos, las propiedades mecánicas del material, especialmente la tenacidad a la fractura a alta temperatura, han mejorado considerablemente. Los resultados muestran que la introducción de Y2O3 y La2O3 tiene un impacto importante en el comportamiento de crecimiento de los granos de β-Si3N4 en cerámicas de nitruro de silicio, afectando así la estructura y propiedades de las cerámicas de nitruro de silicio. Seleccionando la proporción y el contenido adecuados de Y203 y La2O3 como aditivos, se pueden obtener granos de β-Si3N4 con una gran relación axial, lo que hace que las cerámicas de nitruro de silicio se endurezcan automáticamente. La cerámica es un material quebradizo y generalmente no se puede utilizar para piezas estructurales. para superar su fragilidad. Generalmente se introducen componentes de refuerzo como fibras y bigotes, pero esto dificulta la dispersión uniforme de componentes de diferentes formas, lo que dificulta el proceso de fabricación. Actualmente, este problema es la clave para limitar la aplicación de materiales cerámicos en campos de alta tecnología. La introducción de óxidos de tierras raras en el polvo cerámico puede producir un efecto de endurecimiento o autoendurecimiento in situ durante el proceso de sinterización de la cerámica, lo que supera las dificultades de fabricación causadas por la introducción de fibras y bigotes. Por lo tanto, la introducción de óxidos de tierras raras en materiales cerámicos ampliará las perspectivas de aplicación de los materiales cerámicos en campos de alta tecnología. Para satisfacer las necesidades comerciales, los ASIC deben ser resistentes a la radiación y mejorar su confiabilidad. Al mismo tiempo, la tecnología informática y de circuitos integrados se está desarrollando hacia una mayor densidad de circuitos y una velocidad de cálculo más rápida, impulsando el desarrollo de sustratos cerámicos y sus envases hacia tecnologías de mayor rendimiento y más sofisticadas. Como material de sustrato, debe cumplir con los requisitos de baja constante dieléctrica, alta conductividad térmica, alta resistencia mecánica y coeficiente de expansión térmica que coincida con el chip semiconductor. En comparación con el sustrato tradicional de óxido de aluminio (A1203), el sustrato multicapa de nitruro de aluminio (AIN) tiene una mayor conductividad térmica y es adecuado para un alto consumo de energía, un alto contenido de plomo y chips de gran tamaño. Se ha convertido en una opción popular en el desarrollo de. las industrias militar y de aviación en los últimos años. El uso de óxido de itrio de tierras raras (Y203) y óxido de calcio como aditivos mixtos puede reducir la temperatura de sinterización del nitruro de aluminio y promover la sinterización. Esta cerámica dopada de nitruro de aluminio (AIN) tiene una conductividad térmica de 260 W/(m.K) y es adecuada para cableado de alta densidad. Su resistencia térmica es de solo 1/4 de un paquete de óxido de aluminio con la misma estructura y el mismo número de cables. . Este sustrato se ha utilizado para empaquetar conjuntos de cableado multicapa para sistemas informáticos con 65.438+0.800 cabezales de entrada/salida.

4.2 Materiales de imanes permanentes de tierras raras

Los materiales de imanes permanentes de tierras raras son materiales clave para la preparación de tubos de potencia de microondas de alto rendimiento: tubos de ondas viajeras. Las comunicaciones militares modernas, el radar, la guía de misiles, la guerra electrónica, etc. requieren varios tubos de ondas viajeras. Las características de los tubos de ondas viajeras son una amplia frecuencia de funcionamiento (2 ~ 18 GHz) y una alta eficiencia (hasta 50%). Estados Unidos utilizó una gran cantidad de tubos de ondas viajeras de alta potencia y banda ancha de alto rendimiento en equipos de interferencia electrónica, aviones de alerta temprana, radares de control de incendios y sistemas de guía de precisión utilizados en la Guerra del Golfo. La clave para fabricar estos tubos de ondas viajeras de alta potencia son los materiales magnéticos permanentes de tierras raras con un producto de alta energía magnética y un bajo coeficiente de temperatura. Este material también es muy importante para lograr una alta eficiencia, miniaturización y ligereza de los motores militares, y para mejorar el rendimiento de los ordenadores militares. De acuerdo con el desarrollo actual de materiales magnéticos permanentes de tierras raras en mi país, las principales direcciones para la investigación y el desarrollo de materiales magnéticos permanentes de tierras raras en el campo aeroespacial son: (1) materiales magnéticos permanentes de SmCo con alta estabilidad (; 2) Materiales magnéticos permanentes de NdFeB con alta temperatura de funcionamiento; (3) Polvo magnético de NdFeB de enfriamiento rápido y materiales magnéticos permanentes de NdFeB unidos (4) Nuevos materiales magnéticos permanentes de SmFeN (5) Raros de cuarta generación de bajo costo y alto rendimiento; Materiales magnéticos permanentes terrestres.

4.3 La temperatura de trabajo de la aleación de aluminio de tierras raras A1-Cu-Mg-Fe-Ni serie de aleación de aluminio resistente al calor LD7 y LD8 para uso en aviación no excede los 270 °C, y la temperatura de trabajo de la serie Al-Cu-Mn LYI6 o 2021 no supera los 300°C. A excepción del polvo de aluminio sinterizado, no existe ninguna aleación de aluminio que pueda funcionar a 350 ~ 400°C. Sc puede aumentar la temperatura de recristalización de las aleaciones de aluminio a 450 ~ 550 °C. * * *La fase precipitada reticular A13Sc, especialmente A13 (ScZr) compuesta con Zr, tiene una estabilidad térmica extremadamente alta. Cuando se calienta a 350°C o 450°C durante mucho tiempo, el tamaño de las partículas crece muy lentamente y la red cristalina se puede mantener durante mucho tiempo. Esta es la temperatura de trabajo en desarrollo. En la actualidad, las aleaciones de aluminio de alta resistencia y tenacidad para aviación con mejor rendimiento integral son las series A1-Zn-Mg-Cu-Zr 7075, 7150 y 7010. Zr reemplaza al Mn y al Cr, lo que mejora significativamente la templabilidad de la aleación y es adecuado para la producción de placas gruesas (≥75 mm). Sin embargo, la moldeabilidad de esta aleación es muy pobre y la resistencia y tenacidad en la dirección del espesor no son lo suficientemente altas. Si se añaden 0,1 ~ 0,2 % de Sr y Zr, * * * se forma la fase precipitada reticular A13 (ScZr), que no sólo aumenta la resistencia, sino que también aumenta la temperatura de recristalización. Las partículas de A13Sc inhiben la recristalización de la aleación y obtienen una estructura no recristalizada, que desempeña un papel en el fortalecimiento de la subestructura y puede mejorar la resistencia y tenacidad de la placa en la dirección del espesor. Después del envejecimiento completo, la resistencia a la fatiga, la tenacidad a la fractura (K1c.) y la resistencia a la corrosión bajo tensión (SCR) mejoran significativamente, lo que hace posible desarrollar una nueva generación de aleaciones de aluminio de ultra alta resistencia y alta tenacidad para cohetes y aviones. .

4.4 Combinación de tierras raras y alta temperatura

Los elementos de tierras raras desempeñan un papel importante en la mejora de las propiedades de las aleaciones de alta temperatura. Las aleaciones de alta temperatura se utilizan en los componentes calientes de los motores de avión, pero su resistencia a la oxidación, la resistencia a la corrosión y la resistencia reducida a altas temperaturas limitan la mejora adicional del rendimiento de los motores de avión. Investigaciones recientes muestran que agregar pequeñas cantidades de tierras raras a las aleaciones a base de níquel puede mejorar la resistencia a los sulfuros, la resistencia a altas temperaturas y la termoplasticidad. Agregar 0,1 ~ 0,2% de Y a las aleaciones a base de cobalto y agregar Cu o Ce a las aleaciones a base de níquel puede aumentar 10 veces la resistencia a la corrosión del material. En las aleaciones de níquel-cromo, las tierras raras pueden mejorar significativamente la resistencia a la oxidación de la aleación. Por ejemplo, agregando 0,3% de Y a la aleación de Ni-30Cr y agregando 0,05% de La y Ce, la vida útil de la aleación a 1200 ℃ y 1300 ℃; es de 2970 horas y 613 horas respectivamente, mientras que la misma aleación de níquel-cromo sin adición de tierras raras tiene una vida útil de sólo 1518 horas y 270 horas a las temperaturas anteriores. Las tierras raras están estrechamente relacionadas con la investigación y el desarrollo de nuevos materiales de alta tecnología. La misión histórica de los investigadores de materiales de tierras raras es estudiar el papel y el mecanismo de los elementos de tierras raras en los materiales aeroespaciales, así como el impacto de los elementos de tierras raras en los cambios de rendimiento, a fin de explorar más ampliamente nuevos materiales aeroespaciales y desarrollar materiales de alta calidad. productos tecnológicos. En los últimos años, la gente se ha centrado en estudiar el papel de las tierras raras en la mejora de las propiedades de los materiales, pero el mecanismo de acción de las tierras raras no se ha estudiado lo suficiente. Para establecer la aplicación de tierras raras en materiales sobre una base científica sólida y desarrollar más y mejores nuevos materiales metálicos y no metálicos de tierras raras, es necesario estudiar sistemática y en profundidad el mecanismo de modificación de los materiales de tierras raras. Combinados con los abundantes elementos de tierras raras (lantano, cerio, neodimio, iterbio, disprosio, escandio, etc.), llevamos a cabo investigaciones sistemáticas y en profundidad sobre estas tierras raras y la ciencia de los materiales en China, con el objetivo de abrir nuevas aplicaciones para el uso eficaz y racional de las características de cada canal de tierras raras, obtener más patentes de materiales de tierras raras y construir materiales de tierras raras de China sobre sus propios derechos de propiedad intelectual.

Durante el "Séptimo Plan Quinquenal" y el "Octavo Plan Quinquenal", el desarrollo y la aplicación de elementos de tierras raras en la aviación mejorarán las funciones de aplicación de los materiales, extenderán su vida útil y mejorarán Beneficios económicos a través del papel de las tierras raras en nuevos materiales, trabajó mucho. Sin embargo, en el desarrollo y aplicación de materiales de tierras raras, todavía existe un gran potencial para utilizar plenamente las funciones de los materiales de tierras raras de la aviación, y debemos continuar trabajando incansablemente para desarrollarlos, investigarlos y aplicarlos. Como industria líder de China en el mundo, la participación de las tierras raras en el mercado internacional aumenta año tras año y su posición es cada vez más importante. Deberíamos aprovechar la oportunidad para acelerar el desarrollo y la aplicación de tierras raras en la industria de la aviación. En resumen, los elementos de tierras raras pueden fortalecer los materiales metálicos, reducir los efectos nocivos de las impurezas, cambiar la forma y distribución de las inclusiones y mejorar la resistencia a la corrosión y la oxidación. Hemos desarrollado muchas aleaciones de magnesio de tierras raras, aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio, aleaciones de alta temperatura y materiales funcionales para la aviación, y hemos logrado buenos beneficios técnicos y económicos en sus aplicaciones.

Sin embargo, en comparación con el papel especial y el uso potencial de las tierras raras en el desarrollo de materiales de aviación, estos logros sólo pueden decirse que son un buen comienzo para el desarrollo de las tierras raras, lo que también es extremadamente inconsistente con nuestra condición de importante productor de tierras raras. país de la tierra. Para satisfacer plenamente las necesidades de la economía nacional y el desarrollo de alta tecnología, en el futuro se debe fortalecer la investigación teórica básica sobre la aplicación de materiales de tierras raras en la aviación y la aplicación en ingeniería de los resultados de la investigación científica, y se debe aumentar la inversión para seguir Desarrollar materiales de tierras raras, acelerar el desarrollo de materiales de tierras raras en mi país y establecer la ciencia de materiales única de China y su sistema de aplicación de ingeniería aprovechan al máximo las ventajas de los recursos de tierras raras de mi país.