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據(jù)美刊《輕金屬時(shí)代（LMA）》報(bào)道（Feb.2018，p.78），俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司（UC Rusal）擬在2018年完成對(duì)一個(gè)專(zhuān)業(yè)鈧生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目的可行性研究，為此，在公司的一個(gè)鋁電解廠內(nèi)建一條從赤泥（Fed mud）提取氧化鈧的生產(chǎn)線(xiàn)，這條中試線(xiàn)的建設(shè)投資為86.7萬(wàn)美元，然后用于生產(chǎn)純鈧。而鈧則用于配制高檔Al-Sc合金，鋁-鈧合金是一種新型高精材料，在航空航天器及其他工業(yè)器材制造中有著廣泛的應(yīng)用。
鈧是一種稀土元素，是瑞典化學(xué)家尼爾遜1879年從硅鈹釔礦與黑稀金礦中提取稀土?xí)r發(fā)現(xiàn)的，它的原子序數(shù)21，原子量44.9559，熔點(diǎn)1541℃，沸點(diǎn)2836℃，密度2.989g/cm3,是一種輕稀土金屬密度最低的，僅比鋁的密度大8.7%。
俄羅斯是世界鈧生產(chǎn)和鋁-鈧合金開(kāi)發(fā)的引領(lǐng)者，它們先后研制成功Al-Mg-Sc、Al-Zn-Mg-Sc、Al-Zn-Mg-Cu-Sc、Al-Zn-Li-Sc和Al-Cu-Li-Sc系列的近20個(gè)牌號(hào)的鋁-鈧合金。鋁-鈧合金的鈧含量不高，鈧是一種微量合金化元素，其含量為0.06%~0.40%，當(dāng)前把凡含有鈧合金的鋁合金都通稱(chēng)鋁-鈧合金。鈧在合金中雖不多，但它的作用可不小，首先它是鋁及鋁合金最強(qiáng)有力的晶粒細(xì)化劑，它的細(xì)化作用比任何其他元素的都強(qiáng)，比Ti、B及Zr的作用強(qiáng)得多，合金的晶粒及組織一細(xì)化，性能就會(huì)得到改善。與不含鈧的合金相比，鋁-鈧合金有高的強(qiáng)度、塑性、韌性、抗蝕性與可焊性。
加入鋁合金中的鈧最好不超過(guò)0.36%，否則不但好處不明顯，還可能產(chǎn)生負(fù)作用。由Al-Sc相圖可知，鋁端有一共晶反應(yīng)：液體→Al+Al3Sc,0.5%Sc~0.6%Sc,655℃，此時(shí)，Sc在鋁中的固溶體為0.27%，溫度一下降，Sc在鋁中的固溶度便急劇下降，627℃時(shí)為0.20%Sc，527℃時(shí)的固溶度則幾乎為零，僅為0.07%Sc。
與鋁平衡的相是Al3Sc(35.7%Sc),是在1427℃通過(guò)Al2Sc的包晶反應(yīng)形成的。Al3Sc屬立方晶格，晶胞中有4個(gè)原子。鈧雖能較大地提高鋁的強(qiáng)度性能，但在較高的溫度下強(qiáng)度會(huì)下降，在327℃時(shí)，鋁-鈧合金的抗拉強(qiáng)度幾乎與工業(yè)純鋁的相當(dāng)，所以Al-Sc合金不宜在高溫下工作，這是鋁-鈧合金不足之處。
鋁-鈧合金可以加工成所有的半成品，用于制造航空航天器、船舶艦艇、交通運(yùn)輸裝備、電子器材、體育用品等的構(gòu)件。俄羅斯研發(fā)的鋁-鈧合金簡(jiǎn)介如下。
Al-Mg-Sc系合金
俄羅斯現(xiàn)有的鋁-鈧合金有8種，它們大都是在原有的5xxx基礎(chǔ)上加有少量的鈧與鋯，一般不超過(guò)0.55%，多數(shù)約為0.4%，還含有微量的Ti和Mn等。01570合金的Mg含量高，為5.3%~6.3%，含0.17%~0.35%Sc、0.2%~0.6%Mn、0.05%~0.15%Zr、0.01%~0.05%Ti，因?yàn)樗腗g含量高，為了降低鎂的氧化，改善熔體特性，還可以加入0.05%B2。
01570合金還具有超塑性，有很好的可焊性，可用氬弧焊與電子束熔焊。在用01571焊接薄板時(shí)，其接頭在有余高時(shí)，試驗(yàn)溫度若為零下196℃~250℃，接頭的抗拉強(qiáng)度與基體材料的相等；若無(wú)余高，則抗拉強(qiáng)度約為基體材料的85%。在非熱處理可強(qiáng)化合金中，01570合金的焊接系數(shù)最高，已用這種合金焊接航天器結(jié)構(gòu)件。俄羅斯在01570合金基礎(chǔ)上，又研制成功01570C合金，它具有更好的綜合性能，其板材已用制造大型客機(jī)蒙皮、高級(jí)乘人汽車(chē)覆蓋件、游艇殼體等。
01571是一種焊絲合金，它的成分（質(zhì)量%）：（5.5~6.5）Mg、（0.30~0.40）Sc、（0.1~0.2）Zr、（0.02~0.05）Ti，微量的稀土和硼。它的強(qiáng)度性能比01570合金的低，但塑性比01570合金的略高，半成品為線(xiàn)材，用于制造焊絲，焊接Al-Mg-Sc系及Al-Zn-Mg-Sc系合金。由于該合金含有微量Sc、Ti、Zr，能顯著細(xì)化焊縫的組織與晶粒，降低焊縫形成熱裂縫傾向，同時(shí)由于焊縫凝固速度很快，微量Sc、Zr、Ti最大限度溶入含Mg的鋁中，在隨后冷卻過(guò)程中，以納米級(jí)的Al（Sc，Zr）粒子與Al3Ti質(zhì)點(diǎn)析出，可相當(dāng)大地提高焊接接頭的力學(xué)性能。
01545合金含4.0%Mg~4.5%Mg和微量Sc、Zr，由于此合金的Mg含量比01570合金低，所以它有好的壓力加工性能與成形性能。爾后，俄羅斯又研制成功01545K合金，含4.2%Mg~4.8%Mg，它在液氫溫度-253℃有很高的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度Rm>600N/mm2、屈服強(qiáng)度>430N/mm2、伸長(zhǎng)率A>35%。此合金主要用于焊接航天器發(fā)射火箭液氫、液氧貯箱，以及相應(yīng)介質(zhì)條件下的焊接構(gòu)件。
01535合金含（3.5~4.2）%Mg和微量的Sc、Zr，含的Mg比01570合金和01545合金的低，因而合金的力學(xué)性能也相應(yīng)地低，但它卻有更高的塑性，有利于半成品的加工，成層脫落腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向也低，它的抗拉強(qiáng)度Rm >360N/mm2，屈服強(qiáng)度Rp0.2>290N/mm2，伸長(zhǎng)率A>16%。01535合金主要用于低溫介質(zhì)容器及結(jié)構(gòu)件的焊接，如液化氣貯罐等。
01523合金約含2%Mg與微量的Sc、Zr，也可以說(shuō)是一種含微量Sc與Zr的5051合金，有很好的抗蝕性、成形性和抗中子輻射性，但強(qiáng)度性能卻比不含鈧及鋯的合金高?？捎迷摵辖鸷附釉诟吒g介質(zhì)中工作的構(gòu)件，如H2S含量高的原油容器與輸送管道，以及抗中子輻照的結(jié)構(gòu)。
01515合金僅含約1%Mg與微量的Sc及Zr，它的熱導(dǎo)率高，幾乎與工業(yè)純鋁的相當(dāng)，而它的強(qiáng)度性能又比1xxx合金的高不少，并有優(yōu)秀的壓力加工性能與成形性，是制造航空航器熱交換器的良好材料。該合金在退火狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度>260N/mm2、屈服強(qiáng)度>230N/mm2，伸長(zhǎng)率>12%。
Al-Zn-Mg-Cu-Sc系合金
該系合金成型的有三種：01970合金、01975合金、01981合金。鋅的含量為4.5%~5.5%，Mg的含量約2%，Zn/Mg的比值2.6，Cu含量0.35%~1.0％，（Sc+Zr）含量0.30%~0.35%，是一類(lèi)可熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金，在Al-Sc合金中是強(qiáng)度性能最高者。
01970合金的特點(diǎn)除有高的強(qiáng)度性能，還有特高的抗再結(jié)晶能力，這是此合金奇特的性能，即使進(jìn)行過(guò)很強(qiáng)的冷變形，合金的開(kāi)始再結(jié)晶溫度也比固溶處理溫度高，例如，冷變形率83%的板材，在450℃固溶處理與室溫水淬后仍保持著完整的冷變形非再結(jié)晶組織。固溶處理與人工時(shí)效（T6）狀態(tài)的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度520N/mm2，屈服強(qiáng)度490N/mm2，伸長(zhǎng)率A12%。
01975合金與01970合金的化學(xué)成分幾乎相同，唯一不同之處是鈧的含量很低，約為0.07%。它的特點(diǎn)是有優(yōu)秀的塑性，擠壓材可在擠壓機(jī)上空冷淬火，時(shí)效（T5）后有高的力學(xué)性能，優(yōu)秀的抗剝落腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕性能，以及良好的可焊性能。由于01975合金的優(yōu)秀綜合性能，可用于大型薄壁空心型材擠壓，是制造高速列車(chē)、地鐵車(chē)廂、橋梁結(jié)構(gòu)的上乘材料。
01975合金擠壓型材（30mm厚）時(shí)效后的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度550N/mm2，屈服強(qiáng)度510N/mm2，伸長(zhǎng)率13%。
01981合金是俄羅斯研制的一種新型含銅的Al-Zn-Mg-Sc系合金，它有高的強(qiáng)度與彈性模量、低的各向異性和優(yōu)良的斷裂韌性，其性能與7055合金的相當(dāng)，是一種后起之秀的航空航天材料。
Al-Mg-Li-Sc系合金
這類(lèi)合金是一種新型的鋁合金，既含有鋰又含有鈧，兼有鋁-鋰合金與鋁-鈧的特點(diǎn)。在鋁-鋰合金（Al-5.5Mg-2Li-0.15Zr）01420基礎(chǔ)上添加微量鈧就形成了含Li+Sc的一類(lèi)新型合金01421與01423。
Al-Mg-Li-Sc合金同鋁-鋰合金一樣，應(yīng)在惰性氣體氬或氦保護(hù)下熔煉與鑄造，或在真空爐內(nèi)熔煉。這兩種合金的密度約為2.5g/cm3，是鋁合金中最輕的，已成功應(yīng)用于航空航天器制造。
Al-Cu-Li-Sc系合金
俄羅斯研發(fā)的Al-Cu-Li-Sc系合金有01460合金和01464合金，前者的成分為Al-3Cu-2Li-（0.2~0.3）（Sc+Zr），后者是在01460合金基礎(chǔ)上的發(fā)展。01460合金有良好的可焊性和優(yōu)秀的低溫性能，室溫抗拉強(qiáng)度為550N/mm2、伸長(zhǎng)率為7%，而液氫溫度時(shí)則分別上升到680N/mm2和10%，俄羅斯已用此合金厚板焊接航天器發(fā)射火箭液氫和液氧燃料箱。
01464合金是01460合金的發(fā)展，它的密度為2.65g/cm3，正彈性模量75GN/mm2，經(jīng)形變熱處理后，合金同時(shí)具有優(yōu)良的強(qiáng)度性能、塑性、抗蝕性、可焊性、沖擊韌性和抗裂性，還有較高的熱穩(wěn)定性，可在120℃長(zhǎng)期工作，是一種新型的航空航天器材料。
中國(guó)有關(guān)院校與科研院所對(duì)鋁-鈧合金作了一些研究，取得了不少成就，但是還不夠，仍屬“跟跑”的，仍是鋁工業(yè)應(yīng)補(bǔ)的短板，宜在2025年前形成有中國(guó)特色的Al-Sc合金體系，成為這類(lèi)合金開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)和領(lǐng)跑者。目前，商業(yè)化生產(chǎn)這類(lèi)合金的除俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司外，還有愛(ài)勵(lì)鋁業(yè)公司（Arelis）科布倫茨（Koblenz）軋制廠。
中國(guó)有世界豐富的稀土金屬儲(chǔ)量，每年提取氧化鋁廢棄的赤泥占全世界的56%，其中含有微量的鈧，都為提取鈧與發(fā)展鋁-鈧合金提供了雄厚的物資基礎(chǔ)。