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)略資源宣渗。目前世界上美國燎拟、俄羅斯蔓罚、日本等國家已開始了鈧國家收儲竿奏。我國正處于開發(fā)高附加值鈧產(chǎn)品的階段训裆,進(jìn)展速度快眶根,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。鋁鈧合金的高強(qiáng)边琉、高韌属百、耐蝕等性能將使其在我國大型飛機(jī)、高速列車变姨、大型船舶以及汽車制造等領(lǐng)域的發(fā)展中發(fā)揮重要作用族扰。鈧在新材料中的應(yīng)用情況主要如下:
(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)度定欧、塑韌性别伏、耐高溫性能、耐腐蝕性能忧额、焊接性能和抗中子輻照損傷性能厘肮,已作為結(jié)構(gòu)材料用于航天、航空武帚、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域咆杯,在艦船、高鐵列車称海、輕型汽車等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景终太。
在航天、航空工業(yè)中,鋁鈧合金的應(yīng)用發(fā)展較快辰丛。俄羅斯研究的較為系統(tǒng)滓层,且已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。他們已開發(fā)出四大系列14個牌號的鋁鈧合金向酝,四個系列分別為熱處理非強(qiáng)化可焊Al-Mg-Sc系合金禁糖;熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)度可焊Al-Zn-Mg-Sc系合金;熱處理強(qiáng)化中強(qiáng)和高強(qiáng)可焊Al-Li-Sc系合金盖疾;熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)Al-Zn-Cu-Sc系航空合金狞穗。如Al-Li-Sc系合金作為飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料,已用于米格-20警沧、米格-29民轴、圖-204客機(jī)和雅克-36直升機(jī)等。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球订,以提高飛機(jī)的綜合性能后裸。
在核工業(yè)、艦船工業(yè)等領(lǐng)域冒滩,鋁鈧合金有較強(qiáng)的抗中子輻照損傷性能微驶,可用于核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)件中。因鋁鈧合金質(zhì)量輕旦部、剛度高祈搜、焊接強(qiáng)度大、低熱開裂性士八、優(yōu)良的抗疲勞性能在船舶承重件容燕、高速列車結(jié)構(gòu)材料、輸油管等方面的應(yīng)用均具有較大潛力婚度。
≌好亍(二)燃料電池
固體氧化物燃料電池(SolidOxide Fuel Cell,SOFC)是一種電化學(xué)發(fā)電裝置蝗茁,已用于分布式區(qū)域供電僚洋,在大規(guī)模發(fā)電、新能源汽車等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景泊术。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)率候赏,已在SOFC中獲得實(shí)際應(yīng)用。氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯體系具有較高的電導(dǎo)率沃菩,氧離子通過能力較其它金屬摻雜的氧化鋯體系盯媚,提高了1-2倍,可以在相同輸出功率條件下縮小體積1/2-2/3片迁。2013年抖唧,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)用陷克。
(三)鈧鈉鹵燈
金屬鹵化物燈(簡稱金鹵燈)是一種新型節(jié)能光源瓤鬓,具有高光效版幕、高亮度、高顯色四乱、多色調(diào)衔甲、長壽命的特點(diǎn),是高強(qiáng)度放電燈中有競爭力的產(chǎn)品抚官,被稱為第三代光源扬跋,具有廣闊的應(yīng)用前景阶捆。鈧鈉鹵燈是開發(fā)的早的一種凌节,在20世紀(jì)80年代初開始大批量的投入生產(chǎn)。
∪魇浴(四)示蹤劑
示蹤劑是指為觀察倍奢、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。目前國內(nèi)外開采油田的主要方式是注水開發(fā)垒棋,一些能隨流體運(yùn)動的固體顆磷渖罚或化學(xué)藥劑等被廣泛應(yīng)用于油田開發(fā)過程中。示蹤劑分為三類叼架,化學(xué)示蹤劑畔裕、放射性同位素示蹤劑、穩(wěn)定性同位素示蹤劑三種乖订。大自然中穩(wěn)定存在的鈧同位素為45Sc扮饶,將鈧放在核反應(yīng)堆中,吸收中子輻射乍构,原子核中多一個中子惜肃,形成46Sc,它的半衰期為83.79天仓近。46Sc是人造放射性元素盲狈,在自然界中并不存在,可以極為精確地觀察肌蛮、研究和測量油井的地質(zhì)特征螺矮,提高作業(yè)效率,還具有用量少忍猛、環(huán)境及人體危害相對較小的優(yōu)點(diǎn)畅型。美國2004年開始就將46Sc用于油井示蹤劑,取得了極為良好的探測效果盼蝴。
〕怠(五)激光晶體
立方晶型的氧化鈧具有高折射率隙趣、高帶寬、高導(dǎo)熱率等優(yōu)異性能嘴缓,因而作為激光材料受到人們廣泛關(guān)注旱万。當(dāng)前鈧激光基質(zhì)晶體主要有Gd3Sc2Ga3O12(GSGG)和Y3Sc2Ga3O12(YSGG)兩種,并衍生出摻雜其他稀土元素(例如釹吐句、釔胁后、鉺等)多個系列的激光基質(zhì)晶體。GSGG的優(yōu)勢為效率高嗦枢,(Nd, Cr) : GSGG是同等條件下Nd : YAG的激光效率的2-4倍攀芯。另外,還具有強(qiáng)的抗輻射能力文虏,易于長成大尺寸單晶侣诺。鈧系列晶體在醫(yī)學(xué)治療、軍事氧秘、金屬加工年鸳、環(huán)境研究等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。由于鈧的價(jià)格丸相、供給穩(wěn)定性等問題搔确,鈧系列晶體的發(fā)展稍晚,進(jìn)入21世紀(jì)后灭忠,德國膳算、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。
∪撂濉(六)特種鋼和有色合金
鈧的性質(zhì)與其他稀土元素類似好浆,并且性能更為優(yōu)越,對于鋼鐵田蝠、有色合金中相關(guān)稀土元素的部分替代是完全可行的掠佛。鈧可以改善合金的強(qiáng)度、硬度权塑、耐熱性能蔽碘、耐腐蝕性能等,在合金領(lǐng)域中的應(yīng)用前景非常廣闊托茅。鈧使鑄鐵中石墨球化的作用比稀土元素更有效武慨,可顯著改善鑄件性能;鈧加到鎳层焚、鉻和鎢基耐熱高溫合金中行掰,可顯著提高其抗氧化性;高鉻合金的焊接填料中添加鈧岸腔,可大幅提高焊縫拉伸強(qiáng)度坪江;鈧加到Mg基或Ti基合金中仲闽,可使合金有較好的機(jī)械、電學(xué)僵朗、可塑和穩(wěn)定性能赖欣。美國一直高度重視鈧在合金領(lǐng)域的研究,研發(fā)歷程已持續(xù)了20多年验庙。