新材料行業(yè)中的應(yīng)用
作者: 本站 來源: 本站 時(shí)間:2020年04月30日
鈧是一種可以應(yīng)用于諸多國防軍工及高科技領(lǐng)域的不可替代的戰(zhàn)略資源往声。目前世界上美國擂找、俄羅斯、日本等國家已開始了鈧國家收儲(chǔ)浩销。我國正處于開發(fā)高附加值鈧產(chǎn)品的階段贯涎,進(jìn)展速度快,預(yù)計(jì)未來以鋁鈧合金為代表的新材料對鈧的市場需求將持續(xù)增長慢洋。鋁鈧合金的高強(qiáng)柬采、高韌、耐蝕等性能將使其在我國大型飛機(jī)且警、高速列車粉捻、大型船舶以及汽車制造等領(lǐng)域的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。鈧在新材料中的應(yīng)用情況主要如下:
“⒊(一)鋁鈧合金
鋁合金中添加微量鈧可以大幅提升鋁合金的強(qiáng)度杖荤、塑韌性、耐高溫性能篇张、耐腐蝕性能窥吮、焊接性能和抗中子輻照損傷性能,已作為結(jié)構(gòu)材料用于航天胀蹭、航空哗搏、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域,在艦船见丘、高鐵列車酒危、輕型汽車等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景。
在航天匀挪、航空工業(yè)中败旋,鋁鈧合金的應(yīng)用發(fā)展較快。俄羅斯研究的較為系統(tǒng)炎剿,且已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用仁连。他們已開發(fā)出四大系列14個(gè)牌號的鋁鈧合金,四個(gè)系列分別為熱處理非強(qiáng)化可焊Al-Mg-Sc系合金阱穗;熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)度可焊Al-Zn-Mg-Sc系合金饭冬;熱處理強(qiáng)化中強(qiáng)和高強(qiáng)可焊Al-Li-Sc系合金;熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)Al-Zn-Cu-Sc系航空合金揪阶。如Al-Li-Sc系合金作為飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料昌抠,已用于米格-20并徘、米格-29、圖-204客機(jī)和雅克-36直升機(jī)等扰魂。國外其他一些國家已在大型民用飛機(jī)的承重部件用鋁鈧合金材料代替其他材料麦乞,以提高飛機(jī)的綜合性能。
在核工業(yè)劝评、艦船工業(yè)等領(lǐng)域姐直,鋁鈧合金有較強(qiáng)的抗中子輻照損傷性能,可用于核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)件中蒋畜。因鋁鈧合金質(zhì)量輕声畏、剛度高、焊接強(qiáng)度大姻成、低熱開裂性淤点、優(yōu)良的抗疲勞性能在船舶承重件、高速列車結(jié)構(gòu)材料能盈、輸油管等方面的應(yīng)用均具有較大潛力揉远。
(二)燃料電池
固體氧化物燃料電池(SolidOxide Fuel Cell接寥,SOFC)是一種電化學(xué)發(fā)電裝置衰件,已用于分布式區(qū)域供電,在大規(guī)模發(fā)電季础、新能源汽車等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景擅盏。摻雜的氧化鋯因其具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和和良好的氧離子電導(dǎo)率,已在SOFC中獲得實(shí)際應(yīng)用谦选。氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯體系具有較高的電導(dǎo)率纹硼,氧離子通過能力較其它金屬摻雜的氧化鋯體系,提高了1-2倍投惶,可以在相同輸出功率條件下縮小體積1/2-2/3壶缚。2013年,氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯燃料電池在美國和日本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用浙于。
』び(三)鈧鈉鹵燈
金屬鹵化物燈(簡稱金鹵燈)是一種新型節(jié)能光源,具有高光效羞酗、高亮度、高顯色紊服、多色調(diào)檀轨、長壽命的特點(diǎn),是高強(qiáng)度放電燈中有競爭力的產(chǎn)品欺嗤,被稱為第三代光源参萄,具有廣闊的應(yīng)用前景卫枝。鈧鈉鹵燈是開發(fā)的早的一種,在20世紀(jì)80年代初開始大批量的投入生產(chǎn)讹挎。
⌒3唷(四)示蹤劑
示蹤劑是指為觀察、研究和測量某物質(zhì)在指定過程中的行為或性質(zhì)而加入的一種標(biāo)記物筒溃。目前國內(nèi)外開采油田的主要方式是注水開發(fā)马篮,一些能隨流體運(yùn)動(dòng)的固體顆粒或化學(xué)藥劑等被廣泛應(yīng)用于油田開發(fā)過程中条舀。示蹤劑分為三類诽泪,化學(xué)示蹤劑、放射性同位素示蹤劑喇坊、穩(wěn)定性同位素示蹤劑三種挂闺。大自然中穩(wěn)定存在的鈧同位素為45Sc,將鈧放在核反應(yīng)堆中知掉,吸收中子輻射轮贫,原子核中多一個(gè)中子,形成46Sc戈般,它的半衰期為83.79天辱窘。46Sc是人造放射性元素,在自然界中并不存在觉祸,可以極為精確地觀察膝班、研究和測量油井的地質(zhì)特征,提高作業(yè)效率布虾,還具有用量少庇晤、環(huán)境及人體危害相對較小的優(yōu)點(diǎn)。美國2004年開始就將46Sc用于油井示蹤劑屹蚊,取得了極為良好的探測效果厕氨。
(五)激光晶體
立方晶型的氧化鈧具有高折射率汹粤、高帶寬命斧、高導(dǎo)熱率等優(yōu)異性能,因而作為激光材料受到人們廣泛關(guān)注嘱兼。當(dāng)前鈧激光基質(zhì)晶體主要有Gd3Sc2Ga3O12(GSGG)和Y3Sc2Ga3O12(YSGG)兩種国葬,并衍生出摻雜其他稀土元素(例如釹、釔芹壕、鉺等)多個(gè)系列的激光基質(zhì)晶體汇四。GSGG的優(yōu)勢為效率高,(Nd, Cr) : GSGG是同等條件下Nd : YAG的激光效率的2-4倍踢涌。另外通孽,還具有強(qiáng)的抗輻射能力序宦,易于長成大尺寸單晶。鈧系列晶體在醫(yī)學(xué)治療背苦、軍事互捌、金屬加工、環(huán)境研究等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景腋钞。由于鈧的價(jià)格茵沾、供給穩(wěn)定性等問題,鈧系列晶體的發(fā)展稍晚陌贾,進(jìn)入21世紀(jì)后转是,德國、美國和日本才實(shí)現(xiàn)了鈧晶體的批量化生產(chǎn)并逐步推廣應(yīng)用矢盾。
≡炼巍(六)特種鋼和有色合金
鈧的性質(zhì)與其他稀土元素類似,并且性能更為優(yōu)越姚藤,對于鋼鐵幢剂、有色合金中相關(guān)稀土元素的部分替代是完全可行的。鈧可以改善合金的強(qiáng)度偷欲、硬度凳赃、耐熱性能、耐腐蝕性能等附垒,在合金領(lǐng)域中的應(yīng)用前景非常廣闊撕贞。鈧使鑄鐵中石墨球化的作用比稀土元素更有效,可顯著改善鑄件性能测垛;鈧加到鎳捏膨、鉻和鎢基耐熱高溫合金中,可顯著提高其抗氧化性食侮;高鉻合金的焊接填料中添加鈧号涯,可大幅提高焊縫拉伸強(qiáng)度;鈧加到Mg基或Ti基合金中锯七,可使合金有較好的機(jī)械链快、電學(xué)、可塑和穩(wěn)定性能眉尸。美國一直高度重視鈧在合金領(lǐng)域的研究域蜗,研發(fā)歷程已持續(xù)了20多年。